Cell parameters of thermally treated anorthite. Al,Si configurations in the average structures of the high temperature calcic plagioclases

Thermal treatments of anorthite carried out at up to 1,547° C show that the unit cell parameter changes as a function of the treatment temperature. The best fit curve found by non-linear least squares analysis is: =91.419-(0.327·10^-6)T ²+(0.199·10^-12)T ⁴-(0.391·10)T ⁶. The results obtained support significant Al,Si disorder (Al0.10, where Al=t ₁(0)-1/3 [t ₁(m)+t ₂(0)+t ₂(m)], Ribbe 1975), in anorthite equilibrated near the melting point and confirm a high temperature series differentiated from the low temperature series for calcic plagioclases in the An₈₅–An₁₀₀ range also. In the plot vs. An-content the high and low temperature curves intersect at An₈₅ composition and progressively diverge in the An₈₅–An₁₀₀ range. The trends of the high and low temperature curves in this range are interpretable on the basis of the degree of Al, Si order in the average structures of calcic plagioclases.     

The potassic feldspar in metamorphic rocks from the western Hohe Tauern area,eastern Alps

Zusammenfassung Es wurden Kalifeldspäte aus Orthogneisen, Paragneisen und Glimmerschiefern des westlichen Tauemfensters (Hohe Tauern, Tirol) mit optischen und röntgenographischen Methoden im Hinblick auf ihren Strukturzustand untersucht.Es zeigte sich, daß in den Randbereichen des Tauemfensters in Gesteinen der Grünschieferfazies weitgehend geordneter Mikroklin mit einem optischen Achsenwinkel 2 V_x 80°, Auslöschungswinkel Z (010)=15–20°, Doppelbrechung n_z-n_x= 0,0065, Triklinität=0,90-–0,95, ca. 0,88 Al auf T₁O-Position und einem Ab-Gehalt von ca. 5 Gew.% auftritt. Dagegen wurden in Gesteinen der schwachtemperierten Amphibolitfazies des zentralen Bereichs Orthoklase bis intermediäre Mikrokline mit stark schwankenden optischen Eigenschaften, mit Triklinitäten zwischen 0 und 0,7, 0,8 bis 0,9 Al in T₁-Positionen, 0,45–0,8 Al auf T₁O und Ab-Gehalten von ca. 10 Gew.% festgestellt. Die Kalifeldspatkristalle zeigen ungleichmäßige Auslöschung mit Winkeln von Z (010) zwischen 0 und 15°, 2 V_x zwischen 50 und 75° und n_z-n_x=0,005 bis 0,006. Teilweise ist Zonarbau mit geringerer Triklinität am Kornrande erkennbar. Diese undulös auslöschenden Kalifeldspäte enthalten einzelne schmale Lamellen von maximal triklinem Mikroklin mit Z (010)=15–20° und n_z-n_x= 0,006–0,007.Die Grenze zwischen dem Verbreitungsgebiet von maximalem Mikroklin einerseits und Orthoklas bis intermediärem Mikroklin andererseits verläuft in den westlichen Hohen Tauern ungefähr konform mit der Albit-Oligoklas-Grenze (Morteani &Raase, 1974) und mit der aus Sauerstoff-Isotopen-Untersuchungen bestimmten 500° C-Isotherme (Hoernes &Friedrichsen, 1974).

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The potassic feldspar in orthogneisses, paragneisses, and mica schists from the western Tauernfenster (Hohe Tauern, Tyrol) were studied by optical and X-ray methods with regard to their structural state and in relation to grade of metamorphism.In the peripheral region of the Tauernfenster in greenschist-facies rocks highly triclinic microcline occurs with an optic angle 2 V_x of about 80°, extinction angle Z (010) =15–20°, birefringence n_z-n_x=0.0065, triclinicity=0.90–0.95, approx. 0.88 Al in T₁O-site, and an Ab-content of about 5 wt.%. In the central area with rocks of the low-grade amphibolite facies, on the other hand, orthoclase to intermediate microcline with highly variable optical properties, triclinicities in the range of 0–0.7, 0.8–0.9 Al in T₁-sites, 0.45–0.8 Al in T₁O-site, and an Ab-content of about 10 wt.% was recognized. The K-feldspar grains have nonuniform extinction Z (010) scattering in the range of 0–15°, 2 V_x in the range of 50–75°, and n_z-n_x= 0.005–0.006. Sometimes a zonal structure with lower triclinicity exists at the rim. These undulatory K-feldspar grains usually contain small lamellae of highly triclinic microcline with Z (010) =15–20° and n_z-n_x=0.006–0.007.From the occurrence of maximum microcline and of orthoclase to intermediate microcline in the Hohe Tauern area an isograd was defined that is approximately conformable with the albite-oligoclase isograd (Morteani &Raase, 1974) and with the 500° C isotherm based on oxygen isotope analyses (Hoernes &Friedrïchsen, 1974).

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Résumé Les feldspaths potassiques d'orthogneiss, de paragneiss et de micaschistes de la Fenêtre des Tauern occidental (Hohe Tauern, Tirol) ont été étudiés du point de vue de leur état structural.Dans les roches du faciès schistes verts de la région périphérique de la Fenêtre des Tauern les microclines sont caractérisés par un angle des axes optiques 2 V_p =80°, un angle d'extinction n_g (010)=15–20°, une biréfringence n_g-n_p=0,0065, une triclinicité= 0,90–0,95, 0,88 Al dans le site T₁O et par une teneur en albite d'environ 5%. Au contraire, dans les roches du faciès amphibolite à faible degré de la région centrale, ont été observées des orthoses allant à des microclines intermédiaires avec des propriétés optiques très variables, un degré de triclinicité de 0 à 0,7, 0,8–0,9 Al dans les sites T₁, 0,45–0,8 Al dans T₁O et avec une teneur en albite d'environ 10%.Les cristaux de feldspath montrent une extinction irrégulière avec des angles Z (010) variable de 0 à 15°, 2 V_p de 50 à 75° et n_g-n_p=0,005–0,006.On peut voir quelquefois une structure zonée avec une triclinicité moindre au bord des cristaux. Ces feldspaths potassiques contiennent de minces lamelles de microcline à triclinicité maximum, avec n_g (010)=15–20° et n_g-n_p 0,006–0,007.La limite entre les régions à microcline maximum d'une part, et à orthose ou microcline intermédiaire d'autre part, suit, dans les Hohe Tauern, sensiblement l'isograde albite-oligoclase (Morteani &Raase, 1974) et, l'isotherme de 500° C telle qu'elle fut determinée les isotopes de l'oxygène (Hoernes &Friedrichsen, 1974).

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, ( , ) ., 2 V_x80°, Z (010)=15–20°, n_z–n_x=0,0065, =0,90–0,95, 0,88 l T₁O Ab 5 .-%. , 0 0,7, 0,8-0,9 1 T₁ l 10 .-%. Z V (010) 0 15°, 2 V_x 50 75° n_z–n_x=0,005–0,006. . Z V (010) =15-20° n_z–n_x=0,006–0,007. , Morteani & Raase (1974) 500° , Hoernes & Friedrichsen (1974).

     

Mean and turbulent velocity measurements of supersonic mixing layers

The behavior of supersonic mixing layers under three conditions has been examined by schlieren photography and laser Doppler velocimetry. In the schlieren photographs, some largescale, repetitive patterns were observed within the mixing layer; however, these structures do not appear to dominate the mixing layer character under the present flow conditions. It was found that higher levels of secondary freestream turbulence did not increase the peak turbulence intensity observed within the mixing layer, but slightly increased the growth rate. Higher levels of freestream turbulence also reduced the axial distance required for development of the mean velocity. At higher convective Mach numbers, the mixing layer growth rate was found to be smaller than that of an incompressible mixing layer at the same velocity and freestream density ratio. The increase in convective Mach number also caused a decrease in the turbulence intensity ( _u /U).List of Symbols a speed of sound - b total mixing layer thickness betweenU ₁ – 0.1U andU ₂ + 0.1U - f normalized third moment ofu-velocity,f u ³/(U)³ - g normalized triple product ofu ² v,g u ² v/(U)³ - h normalized triple product ofu v ², h uv' ²/(U)³ - l _u axial distance for similarity in the mean velocity - l _u axial distance for similarity in the turbulence intensity - M Mach number - M _c convective Mach number (for ₁=₂),M _c (U ₁–U ₂)/(a ₁+a ₂) - P static pressure - r freestream velocity ratio,rU ₂/U ₁ - Re unit Reynolds number,Re U/ - s freestream density ratio,s ₂/ ₁ - T _t total temperature - u instantaneous streamwise velocity - u deviation ofu-velocity,u u–U - U local mean streamwise velocity - U ₁ primary freestream velocity - U ₂ secondary freestream velocity - U average of freestream velocities, ¯U (U ₁ +U ₂)/2 - U freestream velocity difference,U U ₁ –U ₂ - v instantaneous transverse velocity - v deviation ofv-velocity,v v – V - V local mean transverse velocity - x streamwise coordinate - y transverse coordinate - y ₀ transverse location of the mixing layer centerline - ensemble average - ratio of specific heats - boundary layer thickness (y-location at 99.5% of free-stream velocity) - similarity coordinate, (y –y ₀)/b - compressible boundary layer momentum thickness - viscosity - density - standard deviation - dimensionless velocity, (U –U ₂)/U - 1 primary stream - 2 secondary stream A version of this paper was presented at the 11th Symposium on Turbulence, October 17–19, 1988, University of Missouri-Rolla     

Geological setting of the Tverrfjell copper/zinc deposit,Central Norway

The volcanogenic exhalative Tverrfjell deposit occurs in a sequence of predominantely mafic submarine meta-volcanics, interlayered with geosynclinal pelitic sediments, turbidites and volcanic breccias, belonging to the Early Cambrian to Early Arenigian Støren Group. Two major deformational phases and low to medium grade metamorphic conditions are recognized in the study area. Basalts are mainly tholeiitic but alkaline types occur as well. Extensive fractionation produced highly evolved basalts and even andesites. Basalt compositions are comparable to Type II-ocean floor basalt. The copper/zinc ores of the Tverrfjell deposit are strictly confined to an andesitic extrusive body. An extensive magma chamber is postulated to explain magma fractionation, and as a heat source that generated the exhalative Tverrfjell ore body. It is suggested that the deposit was formed at an intraplate volcanic center or back-arc spreading center.

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Zusammenfassung Die vulkanogen-exhalativ gebildete Tverrfjell-Lagerstätte befindet sich innerhalb einer Abfolge überwiegend mafischer, submariner Metavulkamte, die mit geosynklinalen pelitischen Sedimenten, Turbiditen und vulkanischen Brekkzien wechsellagern. Diese Gesteine gehören zur Støren-Gruppe, die vom Unterkambrium bis zum frühen Arenig reicht. Zwei Hauptdeformationsphasen in Verbindung mit niedrig bis mittelgradiger Metamorphose können im Arbeitsgebiet nachgewiesen werden. Die Basalte sind zumeist tholeiitisch, jedoch treten auch alkalibasaltische Typen auf. Durch starke Fraktionierung sind hoch entwikkelte Basaltmagmen und sogar Andesite entstanden. Die Basalte können mit Typ II-Ozeanbodenbasalten verglichen werden. Die Kupfer/Zinkerze der Tverrfjell-Lagerstätte sind strikt an einen andesitischen Extrusivkörper gebunden. Eine ausgedehnte Magmenkammer wird postuliert, in welcher die Magmenfraktionierung stattfand, und die als Wärmequelle für die Bildung des Tverrfjellerzkörpers angesehen wird. Aufgrund der Untersuchungsergebnisse wird angenommen, daß die Lagerstätte in einem Intraplatten-Vulkanzentrum oder in einem Back-arc spreading centre gebildet wurde.

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Résumé Le gisement volcanogénétique exhalatif du Tverrfjell se trouve au sein d'une série de métavolcanites sous-marines, surtout basiques, qui alternent avec des pélites géosynclinales, des turbidites et des brèches volcaniques. Ces roches appartiennent au groupe de Støren qui s'étend du Cambrien inférieur jusqu'à l'éo-Arénigien. Dans cette région, deux phases déformatives majeures ont été reconnues, liées à un métamorphisme de degré faible à moyen.La plupart des basaltes sont de type tholéiitique, mais il existe aussi des basaltes alcalins. Un fractionnement poussé a engendré magmas basaltiques très évolués et même des andésites. Les compositions des basaltes sont comparables à celles du «basalte océanique de type II». La minéralisation en Cu-Zn de Tverrfjell est liée strictement à une masse extrusive andésitique. Pour expliquer le fractionnement magmatique, on admet l'existence d'une de chaleur lors de la formation du gisement de Tverrfjell. Ce gisement a dû se former soit dans un centre volcanique intraplaque, soit dans une zone d'expansion d'arrière-arc.

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- Tvenfjell . . , , . Støren, . , . , . , . . . , , Tverrfjell'e. , .

     

The plutonism in the North Chilean Coast-Range and its geodynamic significance

Extended deep plutons of the Chilean Coast-Range can, according to their composition, age and spatial distribution, be assigned to the following three Superunits, each of which represents a closed magmatic cycle. Albayay-Superunit approximately 300-200 m. a. Cifuncho-Superunit approximately 190-130 m. a. Esmeralda-Superunit less than 130 m. a.Structurally we distinguished five large batholithic complexes, which are tectonically displaced along vertical fault-planes. The petrographie composition ranges from gabbronoritic through dioritic up to granitic rocks with predominance of granitoids.Methodical investigation led beyond the explanation of the origin of the magma, and opened the way for new geogynamic interpretations. We postulate a model of repeated crustal thickening caused by continental collision, which is opposed to the schematic plate-tectonics model.

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Zusammenfassung In der Küstenkordillere Nordchiles lassen sich ausgedehnte Tiefengesteinskörper nach Stoffbestand, Alter und rÄumlicher Verteilung folgenden drei Superunits zuordnen, die jeweils einem abgeschlossenen magmatischen Zyklus entsprechen. Albayay-Superunit ca. 300-200 m. a. Cifuncho-Superunit ca. 190-130 m. a. Esmeralda-Superunit jünger als 130 m. a.Strukturell haben wir fünf grö\ere, durch Tektonik entlang vertikaler Brüche zerlegte Baholith-Komplexe ausgeschieden. Die petrologische Zusammensetzung reicht von gabbro-noritischen über dioritische bis zu granitischen Gesteinen, wobei der Schwerpunkt bei den Granitoiden liegt.Die methodische Untersuchung führte über die KlÄrung der Magmengenese hinaus und eröffnete den Zugang zu neuen geodynamischen Vorstellungen. Wir postulieren ein Modell einer mehrphasigen Krustenverdickung durch kontinentale Kollision, das im Gegensatz zu dem schematischen Modell der Plattentektonik steht.

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Resumen En la Cordillera de la Costa del Norte de Chile existen extensos cuerpos intrusivos que se queden asignar, sobre la base de su composición, edad y distribución espacial, a las tres Superunidades siguientes, las que a su vez corresponden a ciclos magmáticos completos. Superunidad-Albayay approximadamente 300-200 m.a. Superunidad-Cifuncho approximadamente 190-130 m.a. Superunidad-Esmeralda más jóvenque 130 m.a.Estructuralmente hemos distinguido cinco complejos batoliticos mayores recortados por una tectónica de fallas verticales. La compositión petrográfica va desde rocas gabronoríticas hasta graníticas pasando por las dioríticas, con predominio de granitoides.El análisis metódico de los datos obtenidos orientado a la petrogénesis de estos cuerpos dió lugar a nuevas interpretaciones geodinámicas. Postulamos un modelo de fases sucesivas de acumulación cortical mediante colisión continental, el cual se opone al esquemático modelo de la Tectónica de Placas.

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, , : Albayay-Superunit ... 300-200 Cifuncho-Superunit ... 190-130 Esmeralda-Superunit ... 130 . 5 . - , , . y ; .

     

Deformation of pebbles in relation to associated structures in parts of Singhbhum Shear Zone,Eastern India

The Singhbhum Shear Zone separates the rocks of a highly metamorphosed northern group from an unmetamorphosed southern group. It had been recognised by earlier workers as a thrust zone in which the thrust movements were achieved by slip along a pre-existing schistosity. Deformed conglomerates crop out in discontinuous bands along the Shear Zone. Strain determinations from these conglomerates have been made to ascertain the strain pattern within the Shear Zone. None of the existing methods of determining strain from stretched pebbles can be applied to these conglomerates. An approximate value for shortening perpendicular to the schistosity can however be obtained from cross-cutting buckled veins. Detailed study of various small-scale structures clearly indicates that the principal structures of this region cannot be explained simply by a slipping on the schistosity.

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Zusammenfassung Die Singhbhum-Scherzone trennt die Gesteine der stark metamorphen nördlichen Gruppe von denjenigen einer nicht metamorphen südlichen Gruppe. Nach früheren Autoren ist es eine Überschiebungszone, worin die Überschiebungsbewegungen durch das Gleiten entlang einer älteren Schieferung zustande kamen. Deformierte Trümmergesteine treten in ununterbrochenen Bändern entlang der Scherzone auf. Man hat Deformationsbestimmungen von diesen Trümmergesteinen gemacht, um das Deformationsbild in der Scherzone zu erklären. Eine ausführliche Untersuchung der verschiedenen kleinmaßstäblichen Strukturen zeigt deutlich, daß die Hauptstrukturen dieser Gegend nicht einfach durch das Gleiten auf der Schieferung erklärt werden können.

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Résumé La zone de cisaillement de Singhbhum sépare les roches très métamorphiques au nord, de celles d'un groupe non-métamorphique au sud. Elle avait été reconnue lors de recherches précédentes comme étant la base de charriages suivant laquelle la poussée se serait faite par glissement le long d'une schistosité pré-existante. Des conglomérats déformés affleurent par bandes discontinues le long de cette zone. Grâce à ces conglomérats, des estimations sur la déformation ont été faites pour définir le style de déformation dans la zone de glissement. Une étude détaillée de différentes structures à petite échelle indique clairement qu'on ne peut pas expliquer les principales structures de cette région uniquement par un glissement sur la schistosité.

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. , , . . , . , .

     

Proterozoic tectonic evolution and late Svecokarelian plate deformation of the Central Baltic Shield

The continental crust of the Central Baltic Shield evolved by accretion towards the west during the Svecokarelian orogeny 1700–2200 Ma ago. The following features are consistent with a plate tectonic mechanism involving subduction of oceanic crust below an Archean craton in the east: flysch-sediments with serpentinite masses and pillow lavas, linear high-grade metamorphic zones, island-arc type volcanic belts and late tectonic batholiths with porphyry type Cu-Mo deposits.Semi-consolidated new crust was affected by late Svecokarelian deformation (D_n) after 1850 Ma; NNE-trending folds with crenulation cleavage were overprinted on older structures together with associated NW trending ductile transcurrent shear zones that curve the F_n folds into gentle S and Z shapes. The late tectonic batholiths intruded partly at the same time as and partly after the D_n deformation.

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Zusammenfassung Die kontinentale Kruste des zentralen Baltischen Schildes entwickelte sich durch nach Westen gerichtetes Anwachsen während der Svecokarelischen Orogenese vor 1700 bis 2200 Ma. Die folgenden Erscheinungsformen lassen sich mit einem plattentektonischen Mechanismus in Einklang bringen, der Subduktion von ozeanischer Kruste unter einen Archaischen Kraton im Osten einschließt: Flysch-Sedimente mit Serpentinit-Massen und Kissenlaven, lineare hochmetamorphe Zonen, vulkanische Gürtel vom Inselbogen-Typ und spättektonische Batholithe mit porphyrischen Cu-Mo-Lagerstätten.Die halbkonsolidierte neue Kruste wurde durch späte Svecokarelische Deformation (D_n) nach 1850 Ma erfaßt; NNE-orientierte Falten mit Krenulationsschieferung wurden älteren Strukturen aufgeprägt in Verbindung mit NW-streichenden, plastischen Transcurrent-Scherzonen, die die F_n-Falten in sanfte S- und Z-Formen verbiegen. Die spättektonischen Batholithe intrudierten teils während, teils nach der D_n-Deformation.

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Résumé La croûte continentale du Boucher baltique central a évolué par voie d'accrétion vers l'ouest durant l'orogénie svécocarélienne 1700–2200 Ma. Les événements suivants sont en accord avec un mécanisme de tectonique de plaques impliquant la subduction d'une croûte océanique sous un craton archéen à l'est: sédiments flyschoïdes avec masses de serpentinite et de laves en coussins, zones linéaires à haut degré de métamorphisme, ceintures volcaniques du type guirlande d'îles et batholithes tectoniques tardifs avec gisements porphyriques de type Cu-Mo.La nouvelle croûte à semi-consolidée fut affectée par une déformation svécocarélienne tardive (D_n) postérieure à 1850 Ma. Des plis de direction NNE avec clivage de crénulation ont été superposés sur des structures plus anciennes, associés à des zones de cisaillement transcurrentes de direction NW qui ont incurvé les plis F_n suivant des formes en S et Z. Le batholithe tectonique tardif s'est mis en place en partie au même moment que, et en partie après, la déformation D_n.

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, , 1500–2200 . , , : ; ; - . , 1850 ; NNE- , , NW , , F_n S Z. , .

     

The eruptive center of the late quaternary Laacher see tephra

About 5 km³ of phonolite magma were erupted 11,000 years ago in the Laacher See area in Plinian and Vulcanian eruptions. The eruptive vents for all tephra, in dispute for over 200 years, must have been located entirely within the Laacher See basin, because: (1) All deposits are thickest in the tuffring surrounding the basin, with one exception: pyroclastic flow deposits are thickest 2 to 6 km away from the rim of the basin having ponded in radial valleys. Three Plinian fallout layers show minor secondary thickness maxima 12 to 16 km east of Laacher See. (2) Axes of all depositional fans and single tephra sheets converge in the Laacher See basin. (3) Diameters of both lithic and pumice clasts reach their maxima in outcrops close to Laacher See volcano. (4) Directions of asymmetric ballistic impact sags indicate the Laacher See basin as source area. (5) The dimension of Laacher See crater roughly corresponds to the erupted volume of phonolitic tephra (5.3 km³ magma DRE) and lithic clasts (0.7 km³). (6) Xenolith types are consistent with an eruptive center within the Laacher See basin. (7) The systematic chemical and mineralogical zonation of the tephra deposits — from highly differentiated aphyric phonolite at the base to highly phyric mafic phonolite at the top — strongly suggests eruption from a single compositionally zoned magma column. (8) Several lines of evidence indicate migration of the main eruptive focus from the south to the north during the later part of the eruption, both vents however being confined within the Laacher See basin.None of the four additional eruptive centers previously postulated (Auf Schruf, Meerboden, Frauenkirch, Niedermendig), located up to 7 km south of Laacher See volcano, is supported by empirical or theoretical evidence.

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Zusammenfassung Mindestens 5 km³ phonolithisches Magma wurde vor ca. 11 000 Jahren im Laacher See Becken durch plinianische und phreatomagmatische Eruptionen gefördert. Die Lage der Eruptionszentren im Laacher See Becken, seit über 200 Jahren umstritten, wird im einzelnen begründet. (1) Alle Schichteinheiten der Laacher See Tephra erreichen ihr Mächtigkeitsmaximum im Tuffring am Beckenrand. Eine Ausnahme bilden pyroklastische Stromablagerungen (Trass) die ihre maximalen Mächtigkeiten in Paläotälern 2 bis 6 km vom Laacher See entfernt erreichen. Drei plinianische Tephralagen zeigen sekundäre Mächtigkeitsmaxima zwischen 12 und 16 km Entfernung vom Laacher See Vulkan. (2) Die Achsen aller Ablagerungsfächer und einzelner Tephralagen laufen im Laacher See Becken zusammen. (3) Die Durchmesser von Bimsklasten und xenolithischen Gesteinsfragmenten nehmen zum Laacher See hin zu. (4) Aus Einschlagsdellen abgeleitete Transportrichtungen ballistischer Blöcke sind Hinweise auf Abschußpunkte im Bereich des Laacher See Bekkens. (5) Die Dimension des Laacher See Kraters steht in Einklang mit dem Gesamtvolumen eruptierten Magmas (5,3 km³) und Nebengesteins (0,7 km³). (6) Xenolithische Gesteinsfragmente in den Tephraablagerungen lassen sich Gesteinskomplexen zuordnen, die vor der Eruption im Bereich des Seebeckens angestanden haben. (7) Die Tephraablagerungen sind systematisch von basalen hochdifferenzierten aphyrischen zu einsprenglingsreicheren mafischen Phonolithen am Top zoniert und sind daher wahrscheinlich von einer einzigen chemisch-mineralogisch zonierten Magmasäule eruptiert worden. (8) Innerhalb des Laacher See Beckens hat sich der Hauptkrater im Verlaufe der Eruption von Süden nach Norden verlagert.Die von früheren Bearbeitern außerhalb des Laacher See Beckens postulierten Eruptionszentren (Auf Schruf, Meerboden, Frauenkirch, Niedermendig), die bis zu 7 km südlich des Laacher Sees liegen, lassen sich weder empirisch noch theoretisch begründen.

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Résumé Il y a 11 000 ans, un volume d'environ 5 km³ d'un magma phonolitique a été émis dans la région du Laacher See lors de manifestations de types plinien et phréatomagmatique. Les emplacements des centres d'émission, objets de controverse depuis plus de 200 ans, doivent se situer exclusivement dans le lac du Laacher See, pour les raisons suivantes: (1) Tous les dépôts présentent leur épaisseur maximale dans l'anneau de tuf qui encercle le lac, à une exception près: les coulées pyroclastiques («Trass») atteignent leur plus grande épaisseur dans des paléovallées situées à des distances de 2 à 6 km du Laacher See. Trois couches de projections pliniennes montrent des maxima secondaires à 12–16 km à l'est du Laacher See. (2) Les axes de tous les cônes du débris et des nappes isolées de tephra convergent vers le bassin du lac. (3) La dimension des fragments de ponce et de roches augmente en direction du Laacher See. (4) L'orientation des creux asymétriques dûs aux impacts ballistiques désignent le Laacher See comme «zone de lancement». (5) Le volume du cratère du Laacher See correspond approximativement au volume total des produits phonolitiques (5,3 km³) et des fragments lithiques (0,7 km³) éjectés. (6) Les divers types de fragments lithiques peuvent être rapportés aux complexes rocheux qui occupaient le bassin du Laacher See avant les éruptions. (7) La zonation chimique et minéralogique systematique de dépôts de tephra — depuis une phonolite aphyrique fortement différenciée à la base jusqu'à une phonolite mafique largement porphyrique au sommet — suggère fortement une éruption à partir d'une colonne de magma unique de composition zonée. (8) Plusieurs faits indiquent la migration du foyer d'éruption principal du sud vers le nord durant la dernière période d'activité, les deux orifices étant cependant localisés à l'intérieur du bassin du Laacher See.Des travaux antérieurs ont admis quatre centres éruptifs situés hors du bassin du Laacher See, jusqu'à 7 km de celui-ci: «Auf Schruf», «Meerboden», «Frauenkirch», «Niedermendig»; il n'existe aucun argument, théorique ou empirique, en faveur de l'existence de ces centres.

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, 11 000 , o- 5 ³ . , 200 , : 1) . — Trass —, , 2 6- . 12 16 . 2) , , . 3) . 4) , . 5) (5,3 ³) (0,7 ³). 6) , . 7) ; , . 8) . (Auf Schruf, Meerboden, Frauenkirch, Niedermendig), 7 , , .

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Dedicated to W. von Engelhardt on the occasion of his 75th birthday.     

Zum Flyschproblem in den Westpyrenäen

Zusammenfassung Die nur leicht gefalteten Westpyrenäen erlauben, die Stellung des dortigen Albflysch in seinem paläogeographischen Rahmen zu rekonstruieren. Die Sedimentologie der Sandsteine, ihre Körnung, Zusammensetzung, Transportrichtung sowie die Gefällsverhältnisse des Meeresbodens ließen sich flächenhaft darstellen. Daran schließen sich einige kritische Bemerkungen zum Flyschproblem, insbesondere zur Rolle der turbidity currents.

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The Western Pyrenees are but slightly deformed. They allow a determination of their Albian Flysch in its paleogeographic evironment. A complete sedimentology of the sandstones in question including transport-directions and, gradients of its marine sedimentary environment could be lined out. Critical remarks concerning Flysch problems and, turbidites are attached.

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Résumé Les Pyrénées orientales, qui ne sont que faiblement plissées, permettent de retracer la situation du flysch albien dans son cadre paléogéographique. La sédimentologie des grès, leur granularité, leur composition, la direction du transport ainsi que le gradient de pente du fond de la mer peuvent être figurés suivant son étendue. Viennent ensuite quelques remarques critiques sur le problème du flysch, en particulier sur le rôle des courants de turbidité.

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Synthesis and some properties of iron- and vanadium-bearing kyanites, (Al,Fe3+)2SiO5and (Al,V3+)2SiO5

Iron- and vanadium-bearing kyanites have been synthesized at 900 and 1100° C/20 kb in a piston-cylinder apparatus using Mn₂O₃/Mn₃O₄- and MnO/Mn-mixtures, respectively, as oxygen buffers. Solid solubility on the pseudobinary section Al₂SiO₅-Fe₂SiO₅(-V₂SiO₅) of the system Al₂O₃-Fe₂O₃(V₂O₃)-SiO₂ extends up to 6.5 mole% (14mole %) of the theoretical end member FeSiO₅(V₂SiO₅) at 900°C/20 kb. For bulk compositions with higher Fe₂SiO₅ (V₂SiO₅) contents the corundum type phases M₂O₃(M = Fe³⁺, V³⁺) are found to coexist with the Fe³⁺(V³⁺)-saturated kyanite solid solution plus quartz. The extent of solid solubility on the join Al₂SiO₅-Fe₂SiO₅ at 1 100°C was not found to be significantly higher than at 900° C. Microprobe analyses of iron bearing kyanites gave no significant indication of ternary solid solubility in these mixed crystals. Lattice constants a ₀, b ₀, c ₀, and V₀ of the kyanite solid solutions increase with increasing Fe₂SiO₅- and V₂SiO₅-contents proportionally to the ionic radii of Fe³⁺ and V³⁺, respectively, the triclinic angles ,, remain constant. Iron kyanites are light yellowish-green, vanadium kyanites are light green. Iron kyanites, (Al_1.87 Fe _0.13 ³⁺ )SiO₅, were obtained as crystals up to 700 m in length.     

Über den Einfluß der Mikroflora auf die exogene Dynamik (Verwitterung und Krustenbildung)

Zusammenfassung Geomikrobiologische Untersuchungen können zur Klärung vieler ungelöster Fragen des exogenen Kreislaufes der Elemente beitragen. Mikrobiologische Verwitterung und Krustenbildung finden in allen Klimabereichen der Erde statt, wobei der Einfluß der Mikroflora mehr oder weniger groß ist und von Fragen der Mikroenvironments und der beteiligten Arten abhängt. Zum Beispiel können Flechten vorwiegend gesteinsschützend (humides Klima) wirken oder tiefgreifende Zerstörungen (arides Klima) verursachen, je nach den angetroffenen edaphischen Bedingungen. Bei Untersuchungen zur Frage der Verwitterung und Krustenbildung im Negev (Israel) wurde festgestellt, daß das schwankende Gleichgewicht zwischen Oberflächenzerstörung, -konservierung oder -verkrustung in vielen Fällen durch die immer anwesende Mikroflora gesteuert wird. Die speziellen Licht- und Feuchtigkeitsbedingungen in ariden Gebieten begünstigen in besonderem Maße die Entwicklung eines Pionieredaphons aus Flechten, Blaualgen und Pilzen.Die Verwitterung anstehender Kalke und der sogenannten Wüstenpflaster (desert pavements) wird durch biologische Lösungsfronten eingeleitet und gesteuert, an denen Strauchflechten, Krustenflechten, endolithische Flechten, isoliert lebende hypolithische, chasmolithische und endolithische Algen (insbes. Cyanophyceen), Pilze und Bakterien beteiligt sind. In den Bereichen größter Verwitterungsintensität leben gleichzeitig die größten Mikroorganismenpopulationen. Auch die Entstehung von Eisen-Mangan-Krusten (Wüstenlack) im Negev und verschiedenen anderen Bereichen wird auf die Tätigkeit von eisen- und manganfällenden Flechten, Algen, Pilzen und Bakterien zurückgeführt. Da diese Eisen-Mangan-Fällungen weltweit verbreitet und in ihrer Ausbildung nur wenig unterschieden sind, können sie nicht als paläoklimatische Indikatoren verwendet werden.Die Vorgänge von Lösung und Fällung in ariden Gebieten, die bisher durch das Wechselspiel zwischen Erhitzung und Abkühlung sowie Befeuchtung und Evaporisation gedeutet wurden, werden zumindest in großen Teilen der heutigen Wüsten stark durch das mikrobiologische Pionieredaphon beeinflußt. Die heftige mikrobiologische Manganfällung, die im Bereich der meisten untersuchten Eisen-Mangan-Krusten nachgewiesen wurde, erklärt zwanglos die häufigen anormalen Schwankungen im Eisen-Mangan-Verhältnis sowie die Anreicherung dieser Elemente auf Gesteinen, die nahezu eisen- und manganfrei sind.

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Geomicrobiological investigations contribute to the solution of many open problems concerning the cycle of elements (i. e. weathering and deposition of minerals). Microbial weathering and crust development take place in all regions and under all climates of the earth. The part which the microflora takes in the whole process is dependant on microclimate, environment and composition of the rocks concerned. E. g. lichens in humid climates usually protect rocks from weathering while the same organism is one of the most effective deterioration agencies under arid climatic conditions.During some investigations in the Negev (Israel) we found that the instable equilibrium between surface corrosion, surface conservation and crust development is often controlled by microbial activities. The special conditions of light and humidity in desert regions favour especially the development of lichens, blue-green algae and fungi.The weathering of outcropping limestones and of the rocks of desert pavements is initiated and directed by biological solution fronts, which are composed of hypolithic lichens, endolithic lichens, hypolithic, chasmolithic and endolithic algae, fungi and bacteria. Regions of extreme weathering on the stones are simultaneously the places of the largest microbial populations. The development of iron-manganese-crusts (i. e. desert varnish) in the Negev (Israel) and in different regions of all climates is proved to be often connected to microbial activities. Lichens, algae and some special fungi and bacteria which precipitate Manganese and iron have been isolated from 11 samples of iron-manganese-crusts. Since these phenomena are world-wide distributed, they cannot be regarded as paleoclimatic indicators.The processes of solution and precipitation in arid regions, which have been regarded until now as purely physico-chemical (heating and cooling, wetting and evaporisation) have improved to be very often influenced by microbial activities. The intensive precipitation of Mn by microorganisms which live within iron-manganese-crusts explains the abnormal fluctuations of Fe/Mn-ratios in iron-manganese-crusts (desert varnishes) and the enrichment of iron and Manganese on rocks, which are nearly free of these elements.-- . , , . , , , ( ), ( ). () , , . (, ), . (desert pavements) , , , . . , , . , : , . (F + n) , , , . , , , , .

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Résumé Les recherches géomicrobiologiques peuvent résoudre plusieurs questions indécises du cycle éxogène des éléments. L'altération microbiologique et le developpement des croûtes influencé par des microorganismes ont lieu partout dans le monde. L'influence de la microflore dépend du milieu et des éspèces participantes. Les lichens par exemple peuvent être protéctants (climat humide) ou bien détériorants (climat aride) dépendant des conditions concernées.Pendant des recherches sur l'altération et le développement des Croûtes au Négév (Israel) nous avons constaté que l'équilibre instable entre détérioration et conservation des surfaces et le developpement des croûtes est souvant controllé par la microflore exo- et endolithique. Les conditions spéciales de lumière, température et humidité dans les régions désertiques sont souvent extrèmement positives pour lichens, algues bleu-vertes et champignons.L'altération des calcaires en place et sur les hammada (desert pavement) est souvent déclenchée et controllèe par des «zônes de solution biologique» qui pénètrent les pierres. Ces zônes de solution sont composées de lichens de surface, lichens endolithiques, algues hypolithiques, chasmolithiques et endolithiques, par champignons et bactéries. Dans les régions d'altération intensive la microflore est la plus nombreuse. Le développement des croûtes mangano-férrugineuses au Négév (Israel) et ailleurs est produit souvent par des lichens, champignons et bactéries qui précipitent fer et manganèse. En 11 parmi 14 échantillons nous avons isolé des organismes (champignons et bactéries) qui précipitent du manganèse en culture de laboratoire. Parceque ces croûtes de fer et manganèse sont distribuées partout sur le monde entier on ne peut pas les comprendre comme indices de paléoclimatologie.Les processus de solution et précipitation en zones arides, qu'on a compris jusqu'à présent comme résultat d'insolation et d'évaporisation, sont au moins partiellement produits par la microflore abondante. La précipitation intensive de manganèse par la microflore des croûtes mangano-ferrugineuses explique aisément les fluctuations anormales des proportions Fe/Mn dans les croûtes et l'enrichissement de ces élements sur des roches qui ne contiennent pas de fer et manganèse.

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Für freundliche Hilfe bei den Arbeiten in Israel danke ich besonders Prof. Dr. M.Evenari, Prof. Dr. Y. K.Bentor, Prof. Dr. M.Shilo, Prof. Dr. L.Picard, Z.Garfunkel und A.Katz. Für technische Hilfe danke ich U.Grütze und G.Tadday. Für die Reise standen mir Zuschüsse von der DFG zur Verfügung.     

Oxygen isotopes in mantle related and geothermally altered magmatites of the Transhimalayan (Gangdese) ranges

In closed magma systems SiO₂ approximately measures differentiation progress and oxygen isotopes can seem to obey Rayleigh fractionation only as a consequence of the behaviour of SiO₂. The main role of ¹⁸O is as a sensitive indicator of contamination, either at the start of differentiation ( ¹⁸O_init) or as a proportion of fractionation in AFC. Plots of ¹⁸O vs SiO₂-allow to determine initial ¹⁸O values for different sequences for source comparison. For NBS-28=9.60, the ¹⁸O at 48% SiO₂-varies between a high 6.4 for Kiglapait (Kalamarides 1984), 5.9 for Transhimalaya, 5.8 for Hachijo-Jima (Matsuhisa 1979), 5.6 for Koloula (Chivas et al. 1982) and a low 5.3 for the Darran Complex, New Zealand. The Transhimalayan batholiths (Gangdese belt) were emplaced in the Ladakh-Lhasa terrane, between the present-day Banggong-Nujiang, and Indus-Yarlung Tsangbo suture zones, after its accretion to Eurasia. The gradient of the least contaminated continuous ( ¹⁸O vs SiO₂-igneous trend line is similar to that of Koloula, and AFC calculations suggest a low secondary assimilation rate of less than 0.05 times the rate of crystallisation. Outliers enriched in ¹⁸O are frequent in the Lhasa, and apparently rare in the Ladakh transsect. Low- ¹⁸O (5.0–0) granitoids and andesites on the Lhasa-Yangbajain axis are the result of present day or recent near-surface geothermal activity; their quartzes still trace the granitoids to the Transhimalaya ¹⁸O trend line, but the distribution of low total rock or feldspar ¹⁸O values could be a guide to more recent heat flow and thermally marked tectonic lineaments. Two ignimbrites from Maqiang show hardly any ¹⁸O-contamination by crustal material.     

Hawaiian basalt and Icelandic rhyolite: Indicators of differentiation and partial melting

In spite of the voluminous basaltic volcanism on the island of Hawaii, rhyolite is not produced. Iceland, on the other hand, exhibits common rhyolitic volcanism amounting to some 10–12% of its surface rocks. This contrast is investigated using the fundamental igneous processes exhibited by sheet-like Hawaiian lava lakes and Shonkin Sag laccolith in Montana. Highly differentiated, residual melts normally reside within inwardly advancing solidification fronts and are generally inaccessible to eruptive processes. Only when a large initial phenocryst population is present, from which a thick basal cumulate can rapidly form, is it possible to supply highly differentiated melt into the active (i.e., eruptable) portion of the magma chamber. Although there is protracted control of differentiation at Hawaii by settling of olivine, further differentiation occurs within the solidification fronts. Only by repeated transport and holding is it possible to differentiate beyond the critical composition of the leading edge of the solidification front ( 7% MgO and 51.5% SiO₂). Crystal size distributions (CSDs) for Hawaii and Shonkin Sag are used to demonstrate the inferred physical and chemical processes of solidification, including the kinetics of crystallization.A ubiquitous feature of these basaltic bodies is the formation of coarse veins and segregations of refined melt and granophyres within the upper solidification front. It is this fundamental bimodal feature which is the key to understanding Icelandic silicic volcanism.Rhyolites in Iceland occur mainly as a bimodal population with basalts associated with central volcanoes. Rhyolites, granophyres, and felsites are common, with the intrusions often being layered. Ash flows and true granite-like intrusions are rare. The voluminous silicic lavas at Torfajokull central volcano contain disequilibrium phenocryst assemblages. This, and the disagreement in oxygen isotopic values between rhyolites and basalts, reflects extensive partial melting of the heterogeneous basaltic crust of Iceland to produce these rhyolites. Relatively small, chemically distinct, and spatially intimate silicic bodies are formed by concentrating granophyric segregations from earlier cycles of solidification. This process is also reflected in the layered granophyric instrusion of Slaufrudalur in eastern Iceland. Slaufrudalur is an unvented subterranean caldera, equivalent in igneous processes and style to the subaerial Torfajokull caldera.Hawaii is dominated by fractional crystallization due to crystal settling and does not produce rhyolite. Iceland's tectonics allow continual and extensive reprocessing of thin, hot basaltic crust which produces rhyolite by concentrating original silicic segregations and veins and by partially melting intermediate extrusives, which have subsided deep into the crust.

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Zusammenfassung Auf Hawaii treten, trotz intensiven Basalt-Vulkanismusses, keine Rhyolithe auf. Auf Island dagegen ist Rhyolith, mit 10–12% des anstehenden Gesteins, verbreitet. Dieser Kontrast wurde anhand grundlegender magmatischer Prozesse untersucht, wie sie in flachen Lava-Seen Hawaiis und im Shonkin Sag Laccolith Montanas auftreten. Hochdifferenzierte Restschmelzen verbleiben innerhalb langsam nach innen vorrückender Erstarrungsfronten und sind meist unerreichbar für eruptive Prozesse. Nur wenn anfänglich bereits große Mengen von Einsprenglingen vorhanden sind, die rasch am Boden der Magmenkammer akkumulieren, kann eine hochdifferenzierte Schmelze in den aktiven (d.h. eruptiven) Teil der Magmenkammer gelangen. Obwohl auf Hawaii die Differentiation durch die Kristallisation von Olivin anhaltend kontrolliert wird, findet an der Erstarrungsfront weitere Differentiation statt. Nur durch wiederholten Transport und zeitweiliges Verharren ist es möglich, über die kritische Zusammensetzung der vordersten Erstarrungsfront hinaus zu differenzieren (ca. 7% MgO und 51,5% SiO₂). An Kristallgrö-ßenverteilungen (CDS) von Hawaii und Shonkin Sag können die angenommenen physikalischen und chemischen Prozesse der Kristallisation und die Kristallisationskinetik gezeigt werden. Ein weit verbreitetes Merkmal dieser Basaltkörper ist die Bildung grobkristalliner Gänge und Absonderung von stark differenzierten Schmelzen und Granophyren innerhalb der oberen Erstarrungsfront. Diese ausgeprägt bimodale Charakteristik ist der Schlüssel zum Verständnis des sauren isländischen Vulkanismus.Isländische Rhyolithe treten meist in bimodaler Verbreitung mit Basalten in Zusammenhang mit zentralen Vulkanen auf. Rhyolithe, Granophyre und Feisite sind häufig, in oft geschichteten Intrusionen. Ignimbrite und echte Granitintrusionen sind selten. Die großen Mengen SiO₂-reicher Laven am Torfajokull-Zentralvulkan enthalten Ein-sprenglinge, die sich nicht im Gleichgewicht mit der Matrix befinden. Dies, und die unterschiedlichen delta-¹⁸O-Werte von Rhyolithen und Basalten, zeigen, daß ausgeprägtes teilweises Aufschmelzen der heterogenen Basaltkruste von Island zur Produktion dieser Rhyolithe führte. Relativ kleine, nahe benachbarte saure Körper, die aber deutliche Unterschiede in ihrem Chemismus aufweisen, werden gebildet durch die Konzentration granophyrischer Teilschmelzen aus früheren Kristallisationszyklen. Dieser Vorgang wird auch widergespiegelt in der »layered intrusions« von Slaufrudalur in Ostisland. Slaufrudalur ist eine geschlossene unterirdische Kaldera, deren magmatische Prozesse und Baustil der subaerischen Torfajokull-Kaldera entsprechen.Die Prozesse in Hawaii sind dominiert von gravitativer Kristallisationsdifferentiation und es werden keine Rhyolithe produziert. Die isländische Tektonik führt zu kontinuierlicher starker Wiederaufarbeitung von dünner, heißer basaltischer Kruste. Dabei wird, durch die Konzentration ursprünglicher saurer Teilschmelzen und Gänge und durch die teilweise Aufschmelzung intermediärer Intrusiva, die tief in die Kruste abgesunken sind, Rhyolith produziert.

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Résumé En dépit du volcanisme basaltique volumineux des îles Hawaï, il n'y existe pas de rhyolite. En Islande, par contre, le volcanisme rhyolitique est commun et représente 10 à 12% des roches de la surface. Ce contraste est examiné sur la base des processus ignés fondamentaux présentés par les lacs de lave d'Hawaï et le laccolite de Shonkin Sag au Montana. Normalement, les liquides résiduels hautement différenciés résident à l'intérieur des fronts de solidification qui progressent vers l'arrière et sont généralement à l'abri des processus éruptifs. Ce n'est que dans le cas d'une population initiale abondante de phénocristaux, qui se rassemblent dans un cumulat basai épais, que des liquides hautement différenciés peuvent être fournis à la portion active (c'est-à-dire »éruptible«) de la chambre magmatique. A Hawaï, bien que la différenciation soit continuellement régie par la cristallisation d'olivine, la poursuite du processus a lieu à l'intérieur des fronts de solidification. Ce n'est que par la répétition d'actions de transport et de stagnation qu'il est possible de différencier audelà de la composition critique du front de solidification (±7% MgO et 51,5% SiO₂). A partir de la distribution de la taille des cristaux à Hawaï et à Shonkin Sag, on peut déduire les processus physique et chimique de la solidification, y compris la cinétique de la cristallisation.Une particularité courante de ces corps basaltiques est la formation de veines grenues et de ségrégations de liquides très différenciés et de granophyres à l'intérieur du front supérieur de solidification. Cette manifestation bimodale est la clé qui permet de comprendre le volcanisme siliceux islandais.En Islande, les rhyolites constituent d'ordinaire une population bimodale avec les basaltes centraux. Les rhyolites, les granophyres et les felsites sont fréquents, et souvent sous forme d'intrusions litées. Les coulées ardentes et les vraies intrusions de type granitique sont rares. Les volumineuses laves siliceuses du volcan central de Torfajokull contiennent des assemblages de phénocristaux en déséquilibre. Ce fait, ainsi que la non concordance des isotopes de l'oxygène entre rhyolites et basaltes, traduisent, à l'origine de ces rhyolites, une fusion partielle extensive de la croûte basaltique hétérogène d'Islande. Des corps siliceux relativement petits et chimiquement distincts bien que d'emplacements très voisins se sont formés par concentration de fusions partielles granophyriques lors des premiers cycles de solidification. Ce processus s'exprime également dans l'intrusion granophyrique litée de Slaufrudalur, en Islande orientale. Slaufrudalur est une caldeira souterraine fermée, équivalente par son style et son processus igné à la caldeira subaérienne de Torfajokull.A Hawaï, le phénomène dominant est la cristallisation fractionnée gravitative, sans production de rhyolite. La tectonique de l'Islande permet la régénération continue et extensive d'une mince croûte basaltique chaude. Les rhyolites y sont engendrées par la concentration des veines et ségrégations siliceuses originelles et par la fusion partielle de masses extrusives intermédiaires descendues profondément dans la croûte.

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, . , 10–12% . , Shonkin Sag Laccolith Montanas. . , , . , . . ( 7% MgO 51,5% SiO₂). (CDS) Shonkin Sag , , . . . . , , . . , Torfajokull , ., ¹⁸O , . , , , , « » («layered intrusions») Slaufrudalur, . , , Torfajokull. . . , , , .

     

Formation of Mud-Volcanic Fluids in Taman (Russia) and Kakhetia (Georgia): Evidence from Boron Isotopes

Temperatures of the formation of mud-volcanic waters are determined based on concentrations of some temperature-dependent components (Na–Li, Mg–Li). Estimates obtained for the Taman and Kakhetia regions are similar and range from 45 to 170°, which correspond to depths of 1–4.5 km. The calculated temperatures correlate with the chemical (Li, Rb, Cs, Sr, Ba, B, I, and HCO₃) composition of water and ¹³ (₂) and ¹³ (CH₄) values in spontaneous gases. The isotope values indicate that mechanisms of the formation of ¹³-rich gases, i.e., gases with high ¹³ values (up to +16.0 in ₂ and –23.4 in CH₄) in mud-volcanic systems of Taman and Kakhetia are governed by fluid-generation temperatures rather than the supply of abyssal gases. The ¹¹ value was determined for the first time in mud-volcanic products of the Caucasus region. This value ranges from +22.5 to +39.4 in the volcanic water of Georgia, from –1.2 to +7.4 in the clayey pulp of Georgia, and from –7.6 to +13.2 in the clayey pulp of Taman. It is shown that the ¹¹ value in clay correlates with the fluid-generation temperature and ¹¹ correlates with ¹³ in carbon-bearing gases. These correlations probably testify to the formation of different phases of mud-volcanic emanations in a single geochemical system and suggest the crucial role of temperature in the development of isotope-geochemical features.     

Deformation of the rocks of Simla Hills

Simla Hills form a part of Lesser Himalaya. Metamorphic rocks of this area (Pre-Cambrian), forming Chail-Jutogh nappe, are thrust over a series of mostly unfossiliferous rock formations ranging in age from Palaeozoic to Eocene. The rocks of the area are characterised by meso-structures belonging to three phases of deformation. The second phase structures, both in the allochthon as well as in the para-autochthon units are synchronous with the nappe formation. The third structure in the para-autochthon unit has been related with the movement of nappe. A model explaining the probable kinematics of thrusting in the Simla Hills has been suggested.

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Zusammenfassung Die Simla-Berge sind ein Teil des Lesser Himalaya. Metamorphe Gesteine dieses Gebietes (Präkambrium), die die Chail-Jutogh-Decke bilden, sind über einer Serie vorwiegend fossilfreier Formationen (Paläozoikum bis Eozän) überschoben. Die Gesteine dieses Gebietes sind durch Meso-Strukturen, die zu drei Phasen der Deformation gehören, gekennzeichnet. Die Strukturen der zweiten Phase, zu der allochthone sowie para-autochthone Einheiten gehören, sind gleichaltrig mit der Anlage der Deckenbildung. Die Strukturen der dritten Phase in der para-autochthonen Einheit hängen mit der weiteren Bewegung der Decke zusammen. Ein Modell, das die wahrscheinliche Kinematik der Überschiebung in den Simla-Bergen erklärt, wird vorgeschlagen.

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Résumé Les monts Simla représentent une partie du « Lesser Himalaya ». Les roches métamorphiques de cette région (Précambrien), formant la nappe du « Chail-Jutogh », ont glissé par-dessus une série de formations (du Paléozoique à l'Eocène) en majorité dépourvues de fossiles. Les roches de cette région sont caractérisées par des interstructures appartenant à trois phases de la déformation. Les structures de la 2^e phase, auxquelles appartiennent les unités allochtones et para-autochtones se sont formées en même temps que la nappe. Les structures de la 3^e phase, dans l'unité para-autochtone, sont en rapport étroit avec le déplacement postérieur de la nappe. Une possibilité d'explication de la cinématique probable du glissement dans les monts Simla est proposée.

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Simla Lesser Himalaya. — —, Chail-Jutogh, , - . -, . - , - , . - . , , , .

     

Fluid regimes in the deformation of the Helvetic nappes,Switzerland, as inferred from stable isotope data

The stable isotope composition of veins, pressure shadows, mylonites and fault breccias in allochthonous Mesozoic carbonate cover units of the Helvetic zone show evidence for concurrent closed and open system of fluid advection at different scales in the tectonic development of the Swiss Alps. Marine carbonates are isotopically uniform, independent of metamorphic grade, where ¹³C=1.5±1.5 (1 ) and ¹⁸O=25.4±2.2 (1 ). Total variations of up to 2 in ¹³C and 1.5 in ¹⁸O occur over a cm scale. Calcite in pre- (Type I) and syntectonic (Type II) vein arrays and pressure shadows are mostly in close isotopic compliance with the matrix calcite, to within ±0.5, signifying isotopic buffering of pore fluids by host rocks during deformation, and closed system redistribution of carbonate over a cm to m scale. This is consistent with microstructural evidence for pressure solution — precipitation deformation.Type III post-tectonic veins occur throughout 5 km of structural section, extend several km to the basement, and accommodate up to 15% extension. Whereas the main population of Type III veins is isotopically undistinguishable from matrix carbonates, calcite in the largest of these veins is depleted in ¹⁸O by up to 23 but acquired comparable ¹³C values. This generation of veins involved geopressurized hydrothermal fluids at 200 to 350° C where ¹⁸O H₂O=–8 to +20, representing variable mixtures of ¹⁸O enriched pore and metamorphic fluids, with ¹⁸O depleted meteoric water. Calc-mylonites ( ¹⁸O=25 to 11) at the base of the Helvetic units, and syntectonic veins from the frontal Pennine thrust are characterized by a trend of ¹⁸O depletion relative to carbonate protoliths, due to exchange with an isotopically variable reservoir ( ¹⁸O H₂O=20 to 4). The upper limiting value corresponds to carbonate-buffered pore fluid, whereas the lower value is interpreted as ¹⁸O-depleted formation brines tectonically expelled at lithostatic pressure from the crystalline basement. Carbonate breccias in one of the large scale late normal faults exchanged with infiltrating ¹⁸O-depleted meteoric surface waters ( ¹⁸O=–8 to –10).During the main ductile Alpine deformation, individual lithological units and associated tectonic vein arrays behaved as closed systems, whereas mylonites along thrust faults acted as conduits for tectonically expelled lithostatically pressured reservoirs driven over tens of km. At the latest stages, marked by 5 to 15 km uplift and brittle deformation, low ¹⁸O meteoric surface waters penetrated to depths of several km under hydrostatic gradients.     

Fossil marginal bassin from the Indian shield: A model for the evolution of Singhbhum Precambrian belt,Eastern India

In the eastern part of the Indian shield covering Shinghbhum and adjoining districts of Bihar, occurs the fossil marginal basin which opened up during the early Proterozoic, flanked by Archaean continent to the south. Volcanism played a significant role in filling up the basin. The spine of the basin is occupied by a basaltic lava pile representing a narrow oceanic sector. BIF and possible marginal basin ophiolites are other significant members of the basin cover. The structural features and sedimentary history of the basin are characteristic for marginal basins in general. Identification of this marginal basin emphasises the role of plate tectonics in the evolution of the Indian Precambrian shield.

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Zusammenfassung Im östlichen Teil des Indischen Schildes erscheint im Shinghbhum in Distrikt Bihar ein fossiles Randbecken, das sich im frühen Proterozoikum geöffnet hat und vom Archaischen Kontinent im Süden flankiert wurde. Vulkanismus spielte eine entscheidende Rolle bei der Füllung dieses Beckens. Das Zentrum des Beckens wird von einer Basaltlage eingenommen, die einen engen ozeanischen Bereich dokumentiert. BIF und Beckenophiolithe sind weitere charakteristische Teile der Füllung. Die tektonische Struktur und die sedimentäre Geschichte des Beckens sind für Randbeckenentwicklung typisch. Die Entdeckung dieses Beckens weist auf die Rolle der Plattentektonik bei der Entwicklung des Indischen Schildes im Präkambrium hin.

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Résumé Dans le Shingbhum et les districts voisins du Bihar de la partie orientale du bouclier indien, apparaît un bassin marginal fossile qui s'est ouvert au cours du Protérozoïque inferieur, flanqué au nord par un continent archéen. Le volcanisme y a joué un rôle important en remplissant le bassin. Le centre du bassin est occupé par un empilement de laves basaltiques représentant un secteur océanique étroit. BIF et peut-être aussi des ophiolites de bassin marginal sont d'autres membres importants de la couverture de ce bassin. Les faits structuraux et l'histoire sédimentaire du bassin sont caractéristiques pour des bassins marginaux en général. L'identification de ce basin marginal met en relief le rôle de la tectonique de plaque dans l'évolution du bouclier précambrien indien.

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Shinghbhum'e, Bihar, , . . , . BIF . . .

     

Fe-Mn partitioning between garnet and ilmenite: experimental calibration and applications

A new mineralogic geothermometer based on the partitioning of Fe and Mn between garnet and ilmenite has been calibrated by reversal experiments in the P-T range 600–900° C, 2 and 5 kbars and for fO₂=QFM. The results constitute a sensitive geothermometer applicable over a broad range of composition and conditions. Garnetilmenite thermometry has advantages relative to existing geothermometers because of its accurate calibration, marked temperature sensitivity and the chemical and structural simplicity of the crystalline solutions involved. Application to natural assemblages reveals that the garnet-ilmenite geothermometer yields temperatures that agree well with other estimates. The reactivity of, and relatively rapid Fe-Mn diffusion in ilmenite may lead to retrograde resetting of high temperature partition values, but these factors may be useful for estimating rock cooling rates. Analysis of the experimental data indicates minor positive deviations from ideality for Fe-Mn garnets and ilmenites. Absolute magnitudes of interaction parameters (W _AB) derived from a regression analysis are subject to considerable uncertainty. The partition coefficient is, however, strongly dependent on the difference between solution parameters. These differences are well constrained with a magnitude of W _FeMn ^ilm –W _FeMn ^gar 300 cal mol^–1. The accuracy and applicability of garnet-ilmenite thermometry will improve with the availability of better thermodynamic data for garnet crystalline solutions.Abbreviations and symbols used in text R universal gas constant (cal/mol/°K) - T absolute temperature (°K or °C) - P pressure (kbars) - V ⁰ volume change of reaction (1) - H _{1, T} ⁰ standard state enthalpy change of reaction (1) at 1 bar and the T of interest, in cal/mole - S _T ⁰ entropy change of reaction (1) at T of interest, in cal/mole/°K - G _P,T ⁰ standard free energy change of reaction (1) at the T and P of interest, in cal/mole - distribution coefficient for Fe-Mn partitioning between garnet and ilmenite - K apparent equilibrium coefficient for reaction (1) - _i ^j activity of component i in phase j - W _A-B binary A-B interaction (Margules) parameter - gar garnet - ilm ilmenite - biot biotite - ol olivine - opx orthopyroxene     

Schwefel- und Sauerstoff-Isotopenanalysen von Sulfaten des Kupferschiefers

Zusammenfassung Zur Bestimmung der O¹⁸-Werte von Sulfaten wird BaSO₄ mit Kohlenstoff reduziert und das gewonnene CO₂ massenspektrometrisch gemessen. Das sehr einfache Reduktionsverfahren erlaubt eine Meßgenauigkeit von 0,4 relativ zur SMOW-Skala.Eine kombinierte Schwefel- und Sauerstoffisotopenanalyse von Gips bzw. Anhydrit sollte Einzelheiten über Entstehung und Herkunft dieser Sulfate erkennen lassen. Am Beispiel eines Kupferschieferprofiles wird gezeigt, daß durch eine derartige Analyse primäre Restsulfate von sekundär zu Sulfaten aufoxidierten Sulfiden unterschieden werden können. Die sekundären Sulfate sind durch relativ leichten Sauerstoff (O¹⁸=+4)gekennzeichnet und an S³⁴ verarmt (S³⁴–23), was auf den Zusammenhang mit den durch bakterielle Reduktion gebildeten Kupferschiefersulfiden schließen läßt (Einzelheiten vgl. Marowsky, 1969). Die primären Restsulfate sind dagegen an O¹⁸ und S³⁴ angereichert. Die von Lloyd (1968) gefundene Korrelation zwischen der Anreicherung von schwerem Schwefel und schwerem Sauerstoff in dem verbleibenden Sulfat bei bakterieller Sulfatreduktion konnte bestätigt werden.

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Sulfur and oxygen isotope studies of sulfates from the Permian Kupferschiefer

The oxygen isotopic composition of sulfates has been determined in CO₂ by mass spectrometry after reduction of BaSO₄ with carbon. The experimental procedure with a precision of 0.4 in the scale relative to SMOW is described in some detail. It is a problem to distinguish between primary and secondary gypsum or anhydrite in argillaceous sediments. A combined analysis of sulfur and oxygen of the sulfates mentioned is applied for getting evidence on the origin of these sulfates. Samples of a Permian Kupferschiefer profile show that primary residual sulfates from closed systems can be distinguished from secondary sulfates formed from oxidized sulfides. These secondary sulfates are characterized by relatively light oxygen (O¹⁸+4 relative to SMOW) and sulfur (S³⁴-23), which is due to their origin from sulfides of bacterially reduced sulfates. The primary residual sulfates are enriched in O¹⁸ and S³⁴. The correlation of heavy sulfur with heavy oxygen during bacterial reduction of sulfates (Lloyd, 1968) could be confirmed.

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Die massenspektrometrischen Messungen wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft durch die Einrichtung des Zentrallabors für Geochemie der Isotope an der Universität Göttingen ermöglicht. Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl und den Mitarbeitern des Zentrallabors danke ich für wertvolle Ratschläge und Diskussionsbereitschaft.     

The brittle-plastic transition and the depth of seismic faulting

A simple rheological model of shearing of the lithosphere that has gained wide acceptance is a two layer model with an upper brittle zone in which deformation takes place by frictional sliding on discrete fault surfaces and a lower plastic zone in which deformation takes place by bulk plastic flow. The two are separated by an abrupt brittle-plastic transition, which is assumed to be indicated by the lower limit of seismicity. Experimental studies, however, as well as the deformation structures of mylonites, indicate that a broad transitional field of semi-brittle behavior lies between these extremes. This is a field of mixed mode deformation with a strength that can be expected to be considerably higher than that predicted from the extrapolation of high temperature flow laws. For quartzofeldspathic rocks the semi-brittle field lies between T₁, the onset of quartz plasticity at about 300 °C and T₂, feldspar plasticity at about 450 °C. A model is presented in which the transition T₁ does not correspond to a transition to bulk flow but to a change from unstable, velocity-weakening friction to stable, velocity-strengthening friction. T₁ thus marks the depth limit of earthquake nucleation, but large earthquakes can propagate to a greater depth, T₃, (T₃2) which corresponds to the lower limit of dynamic frictional behavior in the semi-brittle field and approximately to the peak in strength. The zone between T₁ and T₃ is one of alternating behavior, with flow occurring m the interseismic period and with co-seismic dynamic slip occurring during large earthquakes. This zone is characterized by mylonites interlaced by pseudotachylytes and other signs of dynamic faulting. The transition T₁ is also marked by a change in the generation mechanism of fault rocks, from abrasive wear above which produces cataclastites, to adhesive wear below, which is proposed as an important generation mechanism of mylonites in the upper part of the semi-brittle field.

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Zusammenfassung Ein einfaches rheologisches Modell für Schervorgänge in der Lithosphäre, das eine weite Akzeptanz erreicht hat, ist das Zweilagenmodell mit einer oberen spröden Zone, in der Deformation über Reibungsgleitung entlang diskreter Störungsflächen stattfindet, und einer unteren duktilen Zone. Hier erfolgt die Deformation durch plastisches Fließen. Beide Zonen werden durch einen abrupten spröd-plastischen Übergang voneinander getrennt, der vermutlich durch die untere Grenze der nachweisbaren Seismizität angezeigt wird. Experimentelle Untersuchungen wie auch die Deformationsgefüge in Myloniten zeigen hingegen, daß ein breites Übergangsfeld mit semisprödem Verhalten zwischen diesen beiden Extremen liegt. Hier befindet sich ein Bereich »gemischter« Deformation, deren Ausmaß beträchtlich über den aus der Extrapolation von Hochtemperatur-Fließ-Gesetzmäßigkeiten ableitbaren Werten liegen dürfte. Für Quarz-Feldspat-Gesteine liegt das halbspröde Feld zwischen T₁ dem Beginn der plastischen Deformation des Quarzes bei ca. 300 °C, und T₂, dem Beginn der Feldspatplastizität bei ca. 450 °C. Hier wird ein Modell vorgestellt, in dem der Übergang bei T₁ nicht dem Übergang zum Gesamtfließen, sondern dem Wechsel von instabiler, geschwindigkeitsreduzierender Reibung zu stabiler, geschwindigkeitskonstanter Reibung entspricht. T₁ markiert damit die Tiefengrenze der Erdbebenbildung, stärkere Beben können dagegen in größere Tiefe reichen T₃ (T₃2), die dann der unteren Grenze dynamischen Reibungsverhaltens im semispröden Bereich und angenähert dem Stärkemaximum entspricht. Die Zone zwischen T₁ und T₃ zeigt alternierendes Verhalten mit plastischem Fließen während interseismischer Perioden und dynamischem Gleiten während größerer Erdbeben. Diese Zone wird charakterisiert durch Mylonite und dicht zwischengepackten Pseudotachyliten sowie anderen Anzeigern dynamischer Faltung. Hinzu kommt im Bereich des Überganges T₁ ein Wechsel im Bildungsmechanismus gestörter Gesteine. Er geht von durchgreifender Ermüdung, die zu Kataklasiten führt, bis zu adhesiver Ermüdung, die als wichtiger Bildungsmechanismus für Mylonite im oberen Abschnitt des semispröden Feldes angesehen wird.

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Résumé Le modèle rhéologique de cisaillement de la lithosphère le plus largement accepté comporte deux couches superposées: une couche supérieure cassante, siège de déformations le long de surfaces discrètes, les failles, et une zone inférieure ductile ou s'opère un fluage plastique d'ensemble. La transition entre ces deux domaines est brusque et considérée comme la limite inférieure de la séismicité.L'étude des structures mylonitiques ainsi que les mesures expérimentales indiquent cependant qu'un large champ de transition à caractère «semi-cassant» s'étend entre ces deux extrêmes. Ruptures et fluage plastique sont présents dans cette zone, dont la compétence peut être considérée comme bien supérieure à celle qui résulte de l'extrapolation des lois de fluage à haute température. Pour les roches quartzofeldspathiques, ce champ «semi-cassant» s'étend de T₁, seuil de plasticité du quartz (environ 300 °C) à T₂, celui du feldspath (environ 450 °C). Dans ce modèle, la température T₁ ne correspond pas au seuil de fluage d'ensemble, mais à la frontière entre une région de frictions «instables» qui diminuent avec la vitesse, et une région de frictions «stables» qui augmentent avec la vitesse. Elle correspond donc à la profondeur limite de genèse des séismes. Les grands séismes peuvent cependant se propager jusqu'à une profondeur T₃ (T₃2) qui correspond à la limite inférieure du comportement dynamique des forces de frottement dans le domaine «semicassant». T₃ peut être considérée approximativement comme le point de résistance maximale de cette zone de transition. La zone comprise entre T₁ et T₃ peut donc être le siège alternativement soit de processus de fluage, soit de glissements le long de surfaces de rupture à l'occasion de séismes de forte magnitude. Cette zone se caractérise par des mylonites entremêlées de pseudotachylites et autres signes de rupture dynamique. La transition T₁ est également marquée par une modification du mécanisme de transformation des roches dans les zones de faille. Audessus de cette limite, un mécanisme d'usure «abrasif» produit des cataclasites, par opposition à un mécanisme d'usure «adhésif» en-dessous. Ce dernier mécanisme est proposé comme fort probable lors de la genèse de mylomtes dans la partie supérieure du champ «semi-cassant».

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() , . , , . . - , , . , , , , , . « » , , . - T₁ — 300° T₂ — 450°. , T₁ , , , . . . T₁ , , . — ₃ (₃ > ₂), . . , . t_{1 2} . , . , t₁ . , , ; .