Die Rolle der Strukturänderung und Mischkristallentwicklung bei der Deutung der Differentiation und Kristallisation vulkanischer Gesteine

Zusammenfassung Es wird ein Überblick über die Änderung des Gefüges und der Mischkristalle einer Generation vulkanischer Gesteine gegeben. Die Gesteinsproben lassen sich nach ihren Einsprenglingen in eine genetische Reihenfolge der Schmelzentwicklung gliedern und zeigen dabei eine kontinuierliche Veränderung der Mischkristallphasen der Grundmasse. An Meßreihen für Olivin, Plagioklas und Sanidin und an der Verschiebung der Röntgenreflexe ist dieser Phasenwandel nachgewiesen. Zwölf Abbildungen zeigen den Übergang des Mineralbestandes und des Gefüges in der Grundmasse von Probe zu Probe.

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A survey of the changes of the structure and of the mixed crystals in a generation of volcanic rocks is given. According to their accessory minerals (Einsprengunge) the rock samples can be arranged in a genetic sequence of the melting-process; in this they show a continuous change in the phases of mixed crystals of the ground-mass. This change of phase is demonstrated by measuring sequences for Olivine, Plagioclase and Sanidine and by shift of the X-ray reflexes. Twelve figures show the transition of the mineral stock and of the structure in the ground-mass from sample to sample.

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Résumé Une vue d'ensemble sur les changes de structure et des cristaux composés d'une génération de roches volcaniques est présentée. Les spécimens de roches peuvent être organisés — selon leurs phénocrystaux — dans une série génétique du procès de fusion; ils montrent une change continuelle des phases de cristaux composés de la matrice. La change des phases ist prouvée par mesurages en séries et par le déplacement des reflexes radiographiques. Douze figures montrent la transition du dépót de minéraux et de la structure dans la matrice d'un spécimen à l'autre.

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Geologische Probleme bei der Anlage von Naturschutzgebieten

Zusammenfassung Der gestaltende Naturschutz bezweckt eine Verbesserung bzw. Regeneration gefährdeter oder zerstörter Biotope, besonders der Feuchtbiotope.Die Schaffung solcher Biotope, die im allgemeinen mit der Anlage einer Wasserfläche eingeleitet wird, erfordert vor allem eine geologische Beurteilung des Baugrundes und der Wasserführung. Für eine möglichst effektive Erstellung müssen darüber hinaus schon bei der Planung die regionalgeologischen Gegebenheiten berücksichtigt werden.Als besonders kostengünstig erweist sich die Verwendung bereits vorhandener Hohlformen vor allem aufgelassener Tagebaubetriebe. Diese können, besonders bei schwierigen geotechnischen Verhältnissen, als Naturschutzgebiete weitaus effektiver und kostengünstiger rekultiviert werden als nach den herkömmlichen Zielsetzungen.Auf Grund dieser Erfahrungen werden geowissenschaftliche Kriterien für die Auswahl von Naturschutzflächen zusammengestellt. Es wird vorgeschlagen, potentielle Naturschutzgebiete in Zusammenarbeit mit Rohstoffsicherung und Landschaftsplanung systematisch zu erfassen und vergleichend zu bewerten.

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Formative natural protection aims at a melioration or a regeneration of endangered or destructed biotopes, especially humid biotopes.Establishing those biotopes generally begins with laying-out a surface of water. This requires a geological examination of soil and groundwater conditions. For a most effective management the regional geological context must be considered as early as during planning.The use of already existent excavations, particularly abandoned open pits, proves most favourable economically. Especially in cases of difficult geotechnical conditions open pits can be recultivated far more effectively and less expensively as for tradional purposes.Based on this experiences geoscientific criteria for the choice of areas for natural protection are listed. It is proposed to systematically register and comparatively value areas for natural protection with respect to securing of resources and regional planning.

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Résumé La protection organisée de la nature a pour but une amélioration, voire une régénération de biotopes en danger ou bien détruits, en particulier des biotopes humides.La création de tels biotopes, débutant en général par la mise en place d'une surface d'eau, nécessite avant tout une analyse géologique du terrain d'installation et de l'alimentation en eau. Pour un aménagement aussi effectif que possible il faut en plus, déjà pendant la planification, tenir compte des données géologiques régionales.L'utilisation d'excavations déjà existantes, et surtout d'exploitations à ciel ouvert non comblées, s'avère particulièrement économiques. Celles-ci peuvent, surtout dans des conditions géotechniques difficiles, être récultivées beaucoup plus effectivement et à meilleur marché en en faisant des réserves naturelles plutôt qu'en visant les buts traditionnels.A partir de ces expériences, des critères géoscientifiques sont rassemblés en vue du choix d'emplacements de réserves naturelles. Il est proposé de faire le recensement systématique et de donner appréciation comparative des réserves naturelles en puissance en liaison avec l'approvisionnement en matériaux et une planification régionale.

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Erste Resultate über die Verteilung von Schwermineralen in verschiedenen Flyschkomplexen der Schweiz

Zusammenfassung Im Zusammenhang mit Herkunftsuntersuchungen von Flyschgeröllen aus den oligocänen Schuttfächern der subalpinen Molasse der Zentralschweiz wurden einige Flyschkomplexe des Rücklandes auf ihren Schwermineralgehalt getestet. Untersucht wurden, neben der subalpinen Molasse, Proben aus dem nordhelvetischen Altdorfer Sandstein, dem ultrahelvetischen Habkern-, Schlieren- und Gurnigelflysch, ferner aus dem nordpenninischen Niesenflysch, dem Wäggitaler, Vorarlberger und Vaduzer Flysch sowie aus den Flyschen der präalpinen Decken. Mitausgewertet wurden auch die vonBouma (1959) untersuchten Proben des Oligocänflyschs von Peïra-Cava (S-Frankreich). Den internsten und externsten Flyschtrögen, die gekennzeichnet sind durch einen rotbraunen Spinell, stehen die ultrahelvetischen und nordpenninischen Flyschbildungen gegenüber, denen der Spinell vollständig fehlt (vgl. Abb. 2). Der Granat, dessen Gehalt sich auf die Summe der übrigen durchsichtigen Schwerminerale bezieht, ist in den externsten Trögen angereichert, fehlt jedoch in den Flyschen der präalpinen Decken fast ganz. Die dazwischenliegenden ultrahelvetischen und nordpenninischen Flyschräume weisen einen stark variierenden, schwachen bis mittleren Granatgehalt auf. Die zuletztgenannten Flyschzonen sind charakterisiert durch eine Turmalin-Apatit-Zirkon-Kombination. Ob in dieser Kombination noch weitere Aufteilungen möglich sind, müssen künftige, detaillierte sedimentpetrographische Untersuchungen der einzelnen Flyschkomplexe zeigen. Erstaunlich konstant ist die laterale Verbreitung der Schwermineralprovinzen im alpinen Deckengebäude, worauf der spinellführende Oligocänflysch von Peïra-Cava (Bouma 1959) und die Spinellvormacht in der ostalpinen Oberkreide (Woletz 1963) deutlich hinweisen. Wir hoffen durch mehr und detailliertere Untersuchungen unser Schema derart zu verfeinern daß unter Umständen Aussagen zur Klärung alpintektonischer Probleme gemacht werden können.

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Summary In connection with studies about the origin of Oligocene conglomerates in the Subalpine Molasse the heavy mineral content of some alpine Flysch deposits has been examined. Apart from the Subalpine Molasse, the following units have been sampled: the Altdorfer Sandstone, which belongs to the North Helvetic facies belt; the Habkern, Schlieren and Gurnigel Flysch from the Ultra Helvetic realm; the Niesen, Wäggitaler, Vorarlberger and Vaduzer Flysch from the Valais facies belt as well as the more internal Flysch sediments of the prealpine nappes. Furthermore, the results ofBouma's (1959) studies about the Oligocene Flysch deposits in Southern France have been applied. The heavy mineral assemblage of alpine Flysch deposits shows a very distinct distribution: The internal Flysch troughs of the alpine geosyncline and the most external ones are characterized by redbrown spinel. This mineral is absent in the Ultra Helvetic and the North Helvetic facies belt (see fig. 2). The garnet, the content of which refers to the amount of the remaining non-opaque heavy minerals, dominates the heavy mineral suites of the most external troughs. In the internal ones this mineral is lacking, while in the intermediate Ultra Helvetic and North Penninique facies belts garnet varies significantly in abundance. In these belts tourmaline, apatite and zircon are the most important minerals. Further research might prove, if a more detailed subdivision of this mineral suite is possible. An astonishing lateral constancy of the heavy mineral facies in the corresponding tectonic units is observed. This is particularly the case in the spinel-bearing assemblage as the results ofBouma's (1959) investigations on the Oligocene Flysch of Southern France and ofWoletz's (1963) studies on the Upper Cretaceous in the Austroalpine nappes show.More detailed investigations are necessary to prove the reliability of our scheme. More data shall contribute to solve some of the tectonic problems of the Alps.

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Résumé En relation avec des études sur l'origine des conglomérats oligocènes de la molasse subalpine, les minéraux lourds de divers complexes de flysch ont été éxaminés. Il s'agit — mise à part la molasse subalpine — d'échantillons recueillis dans les grès d'Altdorf (zone nord-helvétique), dans le Habkern-, Gurnigel- et Schlieren-flysch (zone ultra-helvétique), puis dans le flysch du Niesen et celui du Wäggital, du Vorarlberg et de Vaduz (zone nord-pennine) et enfin dans les flyschs des nappes préalpines. Nous avons par ailleurs tenu compte d'un travail deBouma (1959) dans le Flysch oligocène de Peïra-Cava (Alpes-Maritimes, France). Dans l'association des minéraux lourds des flyschs alpins on peut distinguer une répartition clairement déterminée: les parties les plus internes autant que les parties les plus externes de la géosynclinale alpine sont riches en spinelle, tandis que ce minéral bran-rougeâtre manque totalement dans les zones ultra-helvétiques et nord-pennines (voir fig. 2). Le grenat dont la teneur se rapporte à la somme des autres minéraux non-opaques, est très fréquent dans les parties les plus externes et disparaît vers l'intérieur de la géosynclinale. Les zones des flyschs ultra-helvétiques et nord-pennines sont caractérisées par une association de tourmaline, d'apatite et de zircon avec une fréquence très variable de grenat. Des recherches détaillées démontreront, s'il est possible de faire des distinctions plus précises. La régularité de la répartition latérale des minéraux lourds — surtout du spinelle — dans les unités tectoniques correspondantes est remarquable: le travail deBouma (1959) dans le flysch oligocène de Peïra-Cava et celui deWoletz (1963) dans le crétacé supérieur des austrides ont abouti à des résultats semblables aux nôtres dans les unités analogues.Nous espérons qu'en perfectionnant notre schéma nous pourrons contribuer à la solution des problèmes de la tectonique alpine.

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. Altdorfer Sandstein, Habkern-Schlieren - Gurnigelflysch ( ), Niesenflysch, Wä ggitaler, Vorarlberger Vaduzer Flysch ( ) . , , ; , , .

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Die vorliegende Arbeit wurde ermöglicht durch die Unterstützung des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung. Sie umfaßt Teilresultate eines größeren Forschungsprojektes in Sedimentologie unter der Leitung von Prof. Dr. W.Nabholz. Dem Schweizerischen Nationalfonds und speziell Herrn Prof. Dr. W.Nabholz, der mich zu dieser Arbeit anregte, möchte ich herzlich danken. Ferner gilt mein Dank den Herren Dr. F.Allemann und Dr. R.Herb vom Geologischen Institut der Universität Bern für die zahlreichen sachkundigen Hinweise sowie Herrn W.Flück, Bern, für die Überlassung von Probenmaterial.     

Verteilung und Herkunft der Sedimente in Lotkernen von der Island-Färöer-Schwelle (Nordatlantik)

The components from nine sediment cores in the region of the Iceland-Faeroe-Ridge have been analysed. In this region, characterized by very complicated hydrographical and glacial conditions, only the Arctic slope of the ridge shows comparatively clear conditions which make it possible to correlate different parts of the cores. The sedimentation on the Atlantic slope, on the contrary, seems to be less clearly differentiated due to reworking processes. The components of the sand- and pebble-fraction can be divided into an autochthonous group of basalt- and shale-pebbles, derived from the ridge itself, and an allochthonous group, transported over large distances, with quartz, crystalline rocks, sandstone, flint, and chalk as main components. Whereas the autochthonous group shows parts of the cores which can be correlated with each other based on different sedimentation rates, the distribution of allochthonous group varies so strongly that it is impossible to recognize any regularity in sedimentation. Only the flint and the chalk occur in well-defined levels and thus make possible to correlate the cores. The Iceland-Faeroe-Ridge was supplied with allochthonous components from a broad source area which was, however, homogeneous with respect to both its horizontal distribution and the time-span representend in the sediment cores. Maxima of sedimentation were subsequently blurred by reworking processes on both slopes of the ridge. During the periods of glaciation the hydrographic conditions in the North Atlantic area were completely different from those of to-day.     

Eodiagenetische Vorgänge bei der Bildung von Salinargesteinen

Zusammenfassung Chemische Präzipitate bleiben als Sedimente nur so lange erhalten, als sie mit der darüberstehenden Lösung, dem Bodenwasser des Salinarbeckens, im chemischen Gleichgewicht stehen. Die in dem Laugenkörper solcher Meeresbecken bestehenden, horizontalen Dichtegrenzen, die auf Konzentrationsunterschieden beruhen, können sich durch klimatische, meeresgeographische u. a. Veränderungen vertikal verschieben. Dadurch ist das Sediment (der Bodenkörper) Umbildungen ausgesetzt. Verdünnung der Lauge bringt entweder totale Wiederauflösung oder selektive Rücklösung der leichtestlöslichen Sediment-Anteile mit sich: durch NaCl-Auflösung bei Haliten ein tonig-anhydritisches Residuum (hardground), Sylvinitisierung (bis Halitisierung) durch Ent-Carnallitisierung (MgCl₂-Wegführung) bei Kalisalzen. Tiefgreifende Umkristallisationen und Entstehung von polygonalen Pfeilern erheblicher Tiefenerstreckung sprechen für Stillstand der Sedimentation und für subaquatische Verkarstung. Auf mechanische Umformungen durch Wellenschlag gehen wohl Augensalze und Knollenanhydrite zurück (Tempestite). An paläogeographisch geeigneten Positionen entstanden durch Gleitbewegungen (slumping) Breccienbänke und Falten erheblichen Ausmaßes in Anhydriten und Kalisalzen. Alle diese Vorgänge werden in das früheste Stadium der Diagenese eingeordnet.Zur Vermeidung der aus zwei verschiedenen Sprachen zusammengesetzten Wortkombination Frühdiagenese wird die BezeichnungEodiagense hiermit in Vorschlag gebracht.

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Chemical deposits are only preserved as sediments when they are in chemical equilibrium with the lowermost part of the brine basin. The brine bedding, caused by density, or concentration respectively, can be disturbed by changes of climate, by currents a. s. o. When the brine boundaries are shifted in vertical direction the bottom sediment may be transformed. A thinning of the brine will give rise either to total re-dissolution or to any selective removal of the highest soluble substance, f. i. NaCl from rock salt, by leaving anhydritic or marly residuals (hardground), or MgCl₂ from Carnallite, by leaving Sylvite etc. Breaks within the progressive sedimentation produce polygonal structures reaching several meters down into the pre-existing halite sediment. And thatone may be recrystallized in big scale. Physical influence, as movement in the waterbody by wind and waves, gave rise to so-called augensalz, fragmental anhydrites a. s. o. Brecciated anhydrites as well as huge creeping folds in anhydrites and in potash beds have to be explaned by slumping.All these transformations are caused by early diagenesis. For avoiding the term early diagenesis≓ which is composed by 2 words of different languages, the wordEodiagenesis is proposed herewith.

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Résumé Les sédiments chimiques ne sont conservés qu'aussi longtemps qu'ils sont en équilibre chimique avec la partie basale de la saumure qui se trouve au-dessus d'eux. Les plans de stratification, dûs aux différences de densité liées à la concentration en sels dans la saumure peuvent se déplacer verticalement sous l'action d'influences climatiques, océaniques, tectoniques etc., ce qui expose le sédiment déposé à des transformations. Une dilution de la saumure peut provoquer une redissolution totale ou une dissolution sélective des sels suivant leur solubilité. Par example: dans les halites normales, la solubilisation du NaCl laissera comme résidu un »hardground« composé d'une substance argiloanhydritique; dans les sels potassique, par la dissolution sélective du MgCl₂, la carnallitite sera transformée en sylvinite. — Dans nombre de gisements de halite des structures en pilliers polygonaux de quelques mètres de puissance, où la halite peut Être complètement récrystallisée sont probablement à attribuer à un arrÊt de la sédimentation et à une karstification.Des textures »conglomératiques« observées dans les anhydrites et dans les halites (»Knollenanhydrit«, »Augensalz«), sont à rapporter à l'action des vagues et pourraient donc Être des »tempestites«. Des bancs bréchoides et les plis d'ampleur considérable dans les anhydrites et les sels potassiques ne peuvent Être expliqués que par des glissements subaquatiques.Tous ces événements sont à classer dans un stade très précoce de la diagénèse. Pour éviter le terme de »Frühdiagenese« qui provient de deux langues différentes, il est proposé ici, de désigner ces changements diagénétique précoces sous le nom de »éodiagénèse«.

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Verhalten von Radiolarienschalen aus dem Zentralpazifik bei der Diagenese

Zusammenfassung Aus dem Manganknollen-reichen zentralpazifischen Radiolarienschlamm wurden 114 Sedimentproben in einzelne Fraktionen getrennt, und die Fraktionen einzeln chemisch analysiert.Die Fraktion <63 m ist aus autochthonen und terrigenen Anteilen zusammengesetzt, wobei der autochthone Anteil angereichert und der terrigene verarmt ist im Vergleich zu den durchschnittlichen Tiefseetonen. Im autochthonen Anteil sind die Elemente angereichert, die für das Wachstum von Manganknollen wichtig sind.Der nichtmagnetische Anteil aus der Fraktion >63 m besteht überwiegend aus Radiolarienschalen. Daneben ist (organogener) Apatit angereichert, und eine Phase, die wir für ein neugebildetes Tonmineral halten.Einige Komponenten ändern ihren Gehalt mit der Teufe, was auf eine diagenetische Mobilisierung schließen läßt. Es wurde errechnet, daß das Angebot an Manganknollenbildenden Metallen aus der diagenetischen Mobilisierung bei weitem den Bedarf an diesen Metallen für das Manganknollen-Wachstum übersteigt.

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Chemical analyses were done on the various fractions made from 114 sediment samples collected from the radiolarian ooze in an area of the Central Pacific rich in manganese nodules.The fraction <63 n contains both terrigenous and autochtonous portions; the percentage of the autochtonaus portion is greater than in the average deep-sea clay, that of terrigenous is less. The concentration of elements important for the growth of manganese nodules is elevated in the autochtonous portion.The non-magnetic part of the fraction >63 m is composed mainly of radiolarian tests. In addition, there is en elevated organogenic apatite content and a phase that we believe to be a recently formed clay mineral.The concentration of some components varies with depth, which could be due to diagenetic mobilisation. It was calculated that the supply of diagenetically mobilized metals greatly exceeds that required for the growth of manganese nodules.

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Résumé 114 échantillons de boue à radiolaires de l'Océan Pacifique central, riche en nodules de manganèse, ont été séparés en fractions, et chacune de celles-ci ont été analysées chimiquement.La fraction <63 m se compose de particules autochtones et terrigènes avec un enrichissement de la partie autochtone et un appauvrissement de la partie terrigène par rapport à la composition moyenne des argiles de grande profondeur. La partie autochtone est enrichie en éléments qui jouent un rÔle important dans la croissance des nodules de manganèse.La partie non magnétique de la fraction >63 m est composée pour sa plus grande partie de tests de radiolaires. On observe également un enrichissement d'apatite (organogène) et une phase que nous considérons comme une argile de néoformation.La teneur en certains éléments varie avec la profondeur, ce qui indique une mobilisation diagénétique. Nous avons pu calculer que le disponible en métaux entrant dans la formation des nodules de manganèse par suite de la mobilisation diagénétique dépasse de loin la quantité nécessaire á la croissance des nodules.

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114 . <63 m , , . , . <64 . . . , . , . , , , .

     

Nicht senkrechte Schwingungsrichtungen bei der U-Tisch-Betrachtung von Calcit-Körnern

Deviation of the extinction positions from 90° regarding calcite grains at the universal stage.     

Die obere Stabilitätsgrenze von Tremolit bei der Metamorphose von kieseligen Karbonaten

During the metamorphism of siliceous carbonates, decomposition of tremolite yields diopside, enstatite, quartz and H₂O according to the following reaction: 1 tremolite 2 diopside + 3 enstatite + 1 quartz + 1 H₂O.For the application to natural processes, it is of special interest to evaluate the equilibrium temperature of this reaction, as a function of the CO₂-content of the H₂O-CO₂ fluid phase for several total pressures. These values were calculated for the total pressures of 1000 and 2000 bars, usingBoyd's experimentally determined univariant equilibrium data [Fig. 1 (Boyd, 1954 and 1959)]. Curves (a) and (b) of Fig. 3 give the results in a temperature-X _{CO 2}-diagram.The decomposition curves of tremolite intersect the equilibrium curves of other reactions which also take place during metamorphism of siliceous carbonates. If the total pressure can be estimated, these points of intersection together with the appropriate field observations will give information on the temperature and composition of the fluid phase during metamorphism.     

Die Verteilung der Lanthaniden in basaltischen Gesteinen

Several types of basaltic and related rocks from NW Germany have been analysed for 14 lanthanides and yttrium. Alkali olivine basalts (13 samples) are the most common products of the late Tertiary volcanism in Northern Hessia and Lower Saxony. One basalt intermediate in composition between alkali olivine basalts and tholeiitic basalts has been investigated (intermediate basalt) beside 3 samples of the tholeiitic type. Several rare effusive rock species occur in this area. The number of samples is indicated in brackets: nepheline basanite (1), olivine nephelinites (5), peridotite inclusions (2) from one of the above mentioned alkali olivine basalts. Trachytes (3) and phonolite (1) from the Westerwald area, also Tertiary in age. Three nepheline leucite tephrites from the Eifel area, Pleistocene in age, and pyroxenes from the Recent Stromboli (Italy) have been included in this investigation.The lanthanides and yttrium are analysed after chemical preconcentration controlled by the use of spikes. La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb have been determined with good accuracy and precision by X-ray fluorescence, Eu, Tb, Ho, Tm and Lu by optical emission spectrography.Following earlier suggestions the distribution pattern of the lanthanides in basalts has been compared with that of chondrites. Tholeiitic basalts of the area under investigation show only a slight deviation from the relative distribution of the lanthanides in chondrites. The latter contain a twentieth of the absolute concentration in tholeiitic basalts. All other effusive rocks of this volcanic province have higher Y and La-Lu abundances and increasing ratios of La-Eu/Y, Gd-Lu (in brackets) in the following sequence: intermediate basalt (3.7); alkali olivine basalts (7.6); nepheline leucite tephrites (8.8); nepheline basanite (9.1); olivine nephelinites (10.2); phonolite (11.1); trachytes (11.6). The highest concentration of yttrium and of the lanthanides is observed in olivine nephelinites (up to 860 ppm Y, La-Lu).The observed increase in absolute concentration of the lanthanides and in relative accumulation of the light lanthanide elements from chondrites to tholeiitic basalts, to intermediate basalt, to alkali olivine basalts and to nepheline basanite makes a genetic interrelation in this sequence of rock types probable. Chondrites resemble garnet peridotites as potential main constituents of the upper earth's mantle. The pattern of the distribution of the lanthanides confirms a hypothesis that some tholeiitic basalts represent the most primitive of all basaltic magmas. Several models on the origin of both tholeiitic and alkali olivine basalts from potential source rocks or melts in the mantle have been checked with the data on the abundances of the lanthanides. There is still a lack of information on rare earths distribution in abundant rock forming minerals to completely exclude crystal fractionation under different pressures in the mantle as the origin of the different tholeiitic and alkali olivine basalt magmas. Alkali and gas accumulation (including the light lanthanides) in the upper parts of deep seated magma reservoirs should be considered as a potential source of the different alkali basalts. This is a process which has been observed by Richter and Moore (1966) in Hawaiian lava pools.The concentration of all and accumulation of the light lanthanides in the olivine nephelinites of our area is much too high to be explained by assuming an assimilation of sedimentary carbonate rocks in alkali olivine basalt melts.     

Die Rolle des Wassers bei der Thermometamorphose von Salzlagerstätten

Zusammenfassung Experimente im System Na ₂ ²⁺ -Mg²⁺-Cl ₂ ^2– -SO ₄ ^2– -H₂O zeigen, daß bei der Thermometamorphose von Evaporiten die Metamorphoseprodukte eine Funktion Des primären Poren- und Hydratwassers sind. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danke ich für eine Sachbeihilfe.

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The influence of interstitial and hydrated water on thermometamorphism of evaporites

Experiments in the System Na ₂ ²⁺ -Mg²⁺-Cl ₂ ^2– -SO ₄ ^2– -H₂O show that the effect of thermometamorphism of evaporites is to produce new mineral assemblages different from primary assemblages due to redistribution of interstitial and hydrated water.

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Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danke ich für eine Sachbeihilfe.     

Über die Rolle von Mikroorganismen bei der Entstehung und Zerstörung von Lagerstätten

Zusammenfassung Das Forschungsgebiet Geomikrobiologie wird als Grenzgebiet zwischen Mikrobiologie und Geowissenschaften charakterisiert. Allgemeine ökologische und biochemische Voraussetzungen im Bereich der geomikrobiologischen Forschung werden mit Hinweisen auf Möglichkeiten der praktischen Anwendung am Beispiel des geochemischen Kreislaufs von Schwefel und Eisen erörtert.

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In scientific research, geomicrobiology stands between microbiology and geological sciences. General ecological and biochemical conditions are discussed by pointing out the realm and practical applications of geomicrobiology shown on the example of the sulfur and iron cycle.

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Der Text entspricht dem Vortrag der im Februar 1970 vor dem Symposium des Lagerstättenausschusses der GDMB über Ores and Wallrock in Heidelberg gehalten wurde. Diese Arbeit ist Professor Paul Ramdohr zum 80. Geburtstag gewidmet.     

Erfassung der Struktureigenartigkeit und des Spannungszustandes des Felsgebirges bei der Ermittlung der Standfestigkeit von bergmännischen Hohlräumen

Zusammenfassung Erfassung der Struktureigenartigkeit und des Spannungszustandes des Felsgebirges bei der Ermittlung der Standfestigkeit von bergmännischen Hohlräumen.Kennzeichnende Gesteinsbeschaffenheit ist der hohe Ungleichartigkeitsgrad, der durch die beträchtliche Variationsbreite der Zusammensetzung und den Unterschied im Aufbau bedingt ist.In den letzten Jahren wurden ingenieurgeologische Einteilungen der Strukturungleichartigkeiten des Gebirges entwickelt. Diesen Einteilungen liegen Ausmaße der aus dieser oder jener Art der Ungleichartigkeit zusammengesetzten Gefügeblöcke zugrunde. Aúsgehend von solchen Einteilungen und von den Besonderheiten des Spannungszustandes des Gebirges, der durch die Zusammenwirkung von gravitativen und tektonischen Spannungsfeldern hervorgerufen wird, schlagen wir vor, bei der Auswertung der Standfestigkeit von bergmännischen Hohlräumen nach den Hauptarten der bestimmenden Strukturungleichartigkeiten, die die Standfestigkeit der zu untersuchenden Hohlräume bei den konkreten geologischen Verhältnissen beeinflussen, zu gliedern.Aufgrund von Parameterstudien wird weiter vorgeschlagen, in die Berechnung der Standfestigkeit von bergmännischen Hohlräumen die um die Hohlräume herum unter Einwirkung der statischen und dynamischen Beanspruchungen entstehenden Schwächezonen mit einzubeziehen.Es werden auch die Besonderheiten der Entstehung der Schwächezonen in Abhängigkeit von Größe und Verteilung der wirkenden Spannungen sowie von der Strukturungleichartigkeit dargelegt.Es wurden Formeln zur Berechnung der Standfestigkeit von Hohlräumen in Abhängigkeit von der festgestellten Strukturungleichartigkeit entwickelt. Ferner werden Beispiele zur Lösung von praktischen Aufgaben angeführt, bei denen nur gravitative Spannungen im Gebirge wirken, aber es werden auch Beispiele gezeigt, bei denen tektonische Spannungen vorherrschen.

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Summary Registration of Structure Features and Rock Ledge Masses Stress State When Estimating Mine Working Stability. The characteristic feature of rock mass is high heterogeneity rate caused by broad variations of composition and differences in structure. Even higher heterogeneity rate characterizes rock ledge masses in situ.During recent years engineering-geological classifications of rock masses heterogeneities have been worked out. They are based on sizes of structural blocks formed by either kinds of heterogeneities. Taking the worked out classifications as basic and also preceding from the peculiarities of rock masses stress state, caused by mutual effect of gravitational and tectonic fields stresses, it is suggested while estimating mine workings stability to expose main kinds of heterogeneities which determine the workings stability under consideration, in concrete mining-geological conditions.It is suggested to estimate mine workings stability in rock ledge masses by calculating parameters of weakened zone which appears around the mine workings under the influence of static and dynamic loadings.The peculiarities of the weakened zone formation depending on the values and distribution of acting stresses and kinds of structural heterogeneities which determine working stability in the taken concrete conditions are under consideration. An apparatus of formulae for estimation of workings stability depending on distinguished structural heterogeneities has been worked out. Examples of practical tasks solving when only gravitational stresses act in the massif and in the conditions of tectonic stresses prevalence as well, are given.

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Vortrag gehalten auf dem XXV. Geomechanik-Kolloquium in Salzburg, 1976.

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Mit 5 Abbildungen     

Das geochemische Verhalten des Strontiums bei der Genese und Diagenese von Ca-Karbonat- und Ca-Sulfat-Mineralen

Experimental partioning of Sr between solutions, aragonite, calcite, gypsum and anhydrite show that the isomorphous replacement of Ca²⁺ by Sr²⁺ can be described as a linear function. The constants of the distributions are used to calculate primary Sr-contents of the various Ca-carbonates and Ca-sulfates precipitated from seawater and to estimate the point of precipitation of celestite. Comparism of these data with actual Sr-contents in sediments and sedimentary rocks show that in most cases gypsum has to be considered as the primary precipitate. Anhydrite in general is formed by diagenetic alteration of gypsum. The average Sr-content of gypsum rocks make it very probable that the Sr-concentration of seawater has stayed virtually unchanged since the end of Mesozoic. Sr-contents of carbonate rocks show that most of the limestones have been altered diagenetically. The distribution of Sr within the various sedimentary units of the earth's crust make it very probable that this alteration occurred in a system open to pore solutions.     

Extraktion und Verteilung der Aminosäuren in einigen kretazischen Kernproben

Zusammenfassung In 45 Sedimentproben wurde die Verteilung von 16 Aminosäuren quantitativ bestimmt. Durch aufeinanderfolgende Hydrolysen des gleichen Gesteins mit verschiedenen Säuren ließen sich zwei Arten von Aminosäurenverbindungen ermitteln. Aus den Verhältniswerten dieser löslichen, bereits mit 6-N-Salzsäure freisetzbaren Aminosäuren und der kerogengebundenen mit 12 N HCl zugänglichen Komponente lassen sich über die thermische Beanspruchung und den Reifungszustand eines Sedimentes Schlüsse ziehen. Diese stimmen mit den Ergebnissen der durchgeführten Thermalversuche überein und erklären sich durch eine Änderung der Bindungsform der Aminosäuren am Kerogen. Durch zunehmende thermische Beanspruchung erhöht sich der kerogengebundene Aminosäurenanteil, während das Verhältnis zwischen neutralen und nicht neutralen Aminosäuren abnimmt.

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The distribution of 16 aminoacids in 45 sedimentsamples has been determined. Two separate groups of aminoacids could be isolated by successive treatment of the same rock with different acids i. e. rather loosely bound aminoacids isolated by 6 N HCl hydrolysis and aminoacids incorporated in the kerogen, which could be recovered only upon 12 N HCl treatment. From the ratio of these groups conclusions may be drawn with respect to the thermal history and maturity of a sediment. The conclusions have been verified by thermal experiments and may be explained by a modification of the way of compound of the aminoacids with the kerogen. With increasing thermal influence the strongly combined aminoacid fraction becomes relatively predominant. At the same time the ratio of neutral and other aminoacids in these fractions decreases.

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Résumé Le rendement de l'extraction des amino-acides présents dans la roche est fonction de la solubilité de la roche, donc de la pétrographie des échantillons. C'est pourquoi on déminéralise la roche d'abord à l'aide d'acide chlorhydrique, puis d'acide fluorhydrique; on élimine ensuite les constituants bitumineux à l'aide d'acide formique. Le kérogène ainsi isolé fait l'objet de l'hydrolyse proprement dite, laquelle est entreprise par traitements successifs à l'HCl 6 N et à l'HCl 12 N. Ce double traitement a pour effet de séparer des fractions faiblement et fortement combinées.La fraction obtenue par hydrolyse à l'HCl 6 N représente les amino-acides liés au kérogène par adsorption superficielle; la fraction 12 N HCl contient les amino-acides qui étaient intimement incorporés dans le kérogène, en faisant partie de la structure. Cette dernière fraction devient relativement de plus en plus importante avec l'âge et la maturation croissantes; par traitement thermique d'échantillons récents, traitement simulant le vieillissement et la maturation, on constate la même chose. La part des amino-acides neutres diminue, avec la température et la profondeur croissantes, dans la fraction 12 N; elle augmente dans la fraction 6 N.Des échantillons mésozoiques provenant d'un forage profond d'Aquitaine ont été analysés. Les concentrations totales en amino-acides sont en corrélation avec les concentrations en fossiles. D'autre part, dans le partie inférieure du forage (donc la partie dont on peut penser qu'elle est la plus évoluée), on voit le rapport amino-acides neutres/amino-acides totaux diminuer avec la profondeur. Il est à noter que des changements nets dans ce rapport coïncident avec des limites stratigraphiques.

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. 45 , 16 . : 1) 6 HCI II) 12 HCI. .

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Herrn Professor Dr.Roland Brinkmann zum 70. Geburtstag gewidmet.

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Der Direktion derSocièté Nationale Des Pétroles D'Aquitaine, Pau, danke ich für die Ermöglichung dieser Arbeiten und die Genehmigung ihrer Veröffentlichung, den Herren Doktoren G.Kulbicki und B.van der Weide für die vielseitigen Anregungen und Diskussionen. Herrn Prof. Dr. E. T.Degens bin ich für die Durchsicht des Manuskriptes sehr dankbar.     

Die Mitwirkung der Erdbahnelemente bei der Entstehung der Eiszeiten

Zusammenfassung Der Wechsel in der Schiefe der Ekliptik, der Exzentrizität der Erdbahn und der Perihellage wird in seiner klimatischen Auswirkung als astronomische Theorie der Eiszeiten bezeichnet. Steillage der Erdachse begünstigt die Entstehung von Eiszeiten auf beiden Halbkugeln; Perihellage im Winter, wenn sie mit starker Exzentrizität verknüpft ist, solche auf der einen Hemisphäre. Als wichtige Sekundäreinflüsse treten die Verspätungserscheinungen und der Reflexionseffekt auf, der eine Selbstverstärkung der Vereisung zur Folge hat. - Die astronomischen und physikalischen Grundlagen der Theorie werden kritisch gewürdigt; auch geographische und geologische Einflüsse sind wesentlich an der Entstehung der Eiszeiten beteiligt. Kontinenten- und Polverschiebung kommen für die quartäre Eiszeit kaum in Betracht, wohl aber (aus den Fjordbildungen zu schließen!) Landhebungen und Sperrung der Warmwasserzufuhr zu den Polen, wobei das Auftauchen der nordatlantischen Schwelle besondere Bedeutung besitzt. Die Verteilung der Luft- und Meeresströmungen zur Eiszeit wird einer besonderen Betrachtung unterzogen. Zum Schluß wird die Gliederung der quartären Eiszeit auf Grund der Strahlungskurve zusammen mit den fossilen Zeugen kurz erörtert.     

Verteilung von Fe,Mn, Ca und Mg im Karbonspati der Blei-Zink-Erzgänge des Südlichen Rheinischen Schiefergebirges

The statistical study of the chemical composition of the carbonates I in the lead-zinc ore district belonging to the southern ?Rheinisches Schiefergebirge“ represents a suitable method for characterising the ore veins and their types in this district. It allows to find out and to confirm the genetic relationships. In a detailed study (Hannak, 1965) the iron-manganese ratio in the carbonates I of the veins has been investigated and it has been shown that the Fe-Mn quotient can be employed as a typological factor for the types of the ore veins. Supplementary to this, the calcium-magnesium distribution has been followed up and compared with that of iron-manganese. The investigation led to the conclusion that calcium and magnesium also show a distribution which is characteristic of the veins and of different vein types. Investigations concerning the conditions of formation as well as the possibility of solid solutions in the above treated system will be made in some later studies.     

Über Verformung von Klüften bei der Schichtenfaltung am Beispiel des Salzgitterer Sattels

Zusammenfassung Bei kleintektonischen Messungen am Salzgitterer Sattel wurden an der Zerstückelung von Klüften die in gefalteten Schichten üblichen Vorschiebungen festgestellt, bei denen die muldenwärtigen Gesteinsbänke an den sattelwärtigen emporbewegt sind. Daneben wurden in überkippten Schichten entgegengesetzte Bewegungen, gleichsam Überschiebungen an Schichtfugen, beobachtet.Weiter wurde in normal einfallenden Schichten eine gesetzmäßige Schrägstellung von Klüften zur Schichtung erkannt, die in ihrer Wirkung und in ihrer Abhängigkeit vom Grade der Schichtaufrichtung den makroskopischen Vorschiebungen entspricht und deshalb durch gleiche Vorgänge kleinster Größenordnung gedeutet wurde. Ebenso treten in überkippten Schichten Verdrehungen der Klüfte auf, die in ihrer Wirkung den Überschiebungen an Schichtfugen entsprechen.Sichtbare Verschiebungen und Verdrehungen gehen nebeneinander her. Die Verdrehungen erfordern eine gewisse Plastizität des Gesteins bei der Faltung. Welcher Vorgang überwiegt, dürfte daher im wesentlichen von der Art des beanspruchten Materials abhängen; Untersuchungen hierüber müßten sich über ein größeres Gebiet erstrecken.Erweiterter Ausschnitt aus der Anfang 1938 in Berlin eingereichten, unveröffentlichten Dissertation Kimmerische und subherzynische Gebirgsbildung im Salzgitterer Erzgebiet.     

Die isotopische Verteilung von Kohlenstoff und Schwefel in Marmor und anderen Metamorphiten

Zusammenfassung Die C¹²/C¹³-Verhältnisse des Karbonatanteils metamorpher Gesteine liegen mit ihren C¹³-Werten zwischen –8,2 und –22,9 recht niedrig. Die Graphitanteile haben ein C-Isotopenverhältnis –15,7. Prä- bis postkambrischer Marmor aus verschiedenen europäischen Vorkommen ist auf Grund der Isotopenrelationen des Karbonatkohlenstoffs vermutlich marin entstanden. Seine Graphite lassen sich in 2 Gruppen einteilen: Gruppe I mit –19,4 bis –28%.; Gruppe II mit –5,2 bis –16,8. Die S³²/S³⁴-Verhältnisse von sulfidischem Eisenerz aus eklogitischen Gesteinen der Münchberger Gneismasse haben einen relativ kleinen Schwankungsbereich, von 12,0.

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The C¹²/C¹³-ratio of carbonate-carbon in metamorphic rocks is relatively low: C¹³: –8,2 to –22,9; graphitic carbon shows its normal isotopic composition: –15,7. Pre- and postcambrian marbles can be presumed of marine origin on the ground of the isotopic composition of carbonate-carbon whereas their graphites can be divided in two groups: Group I has a C¹²/C¹³-ratio supposed to be typical of organic origin; Group II is surprisingly high in C¹³. The S³²/S³⁴-ratios of ironsulfides from eclogitic rocks (Münchberger Gneismasse) show a relatively narrow spread of 12,0 per mil.

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Résumé Le rapport C¹²/C¹³ du carbone des carbonates dans les roches métamorphiques est relativement petit (C¹³ =–8,2 à –22,9). Le carbone graphitique a sa composition isotopique normale, – 15,7. Les marbres pré- à postcambriens sont probablement marins selon la composition isotopique des carbonates. Leurs graphites forment deux groupes: le premier groupe a des rapports C¹²/C¹³ typiques d'une origine organique, le deuxième groupe contient plus de C¹³ que la normale. Les relations S³²/S³⁴ des sulfures de fer des roches éclogitiques (Münchberger Gneismasse) ne montrent pas de grandes variations isotopiques (12,0).

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¹²/¹³ , . . ¹³ 8,2 22,9 . 15,7 . , , , . : 19,4 28, — 5,2 16,8. S³²/S³⁴ , , 12,0.