Progressive niedriggradige Metamorphose glaukonitführender Horizonte in den helvetischen Alpen der Ostschweiz

Glauconite-bearing formations of Cretaceous and Tertiary age in the Helvetic zone of the Glarus Alps have been investigated by microscopic, X-ray, wet chemical, electron microprobe, Mössbauer spectroscopic, and K-Ar dating methods. 3 different metamorphic zones with increasing grade can be distinguished (Fig. 3). Original, unmetamorphosed sediments containing glauconite-calcite-quartz±chlorite comprise zone I. The glauconite is very rich in potassium (8–9 wt.%) and the chlorite is Fe-rich. In zone II green stilpnomelane forms by the reaction: glauconite±chlorite + quartz = stilpnomelane + k-feldspar + H₂O + O₂. The green stilpnomelane contains as much as ten times the amount of K found in brown stilpnomelane, which is believed to be a weathering feature. In zone III biotite appears by the reaction: chlorite + k-feldspar = biotite + stilpnomelane + quartz + H₂O. Riebeckite is a possible additional phase in all three zones. Generally, zones I–III are arranged nearly parallel to the Alpine border with metamorphic grade increasing to the south. In the Glarnisch Massif, however, the transition from zone I to zone II is clearly controlled by the overburden of the nappe pile (Fig. 6). The beginning of zone II also seems to coincide with the middle of the anchizone, as defined by illite-crystallinity measurements in adjoining marly shales and slates; this corresponds approximately to the transition from the zeolite facies to the prehnitepumpellyite facies.K-Ar-ages on glauconites regularly decrease when approaching the zone I/II-transition. Field evidence and combined K-Ar age determinations on glauconites, stilpnomelanes and riebeckites point to a peak of the metamorphism during Lower to Middle Oligocene, shortly after the main orogenic phase in this part of the Helvetic Alps.

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Die Autoren danken Herrn Prof. E. Niggli für das fördernde Interesse an dieser Arbeit, die Überlassung der Probe EN 8999 sowie die kritische Durchsicht des Manuskriptes. Für wertvolle Diskussionen und Hinweise danken wir den Prof. E. Jäger, R. Herb und P. M. Orville sowie Dr. W. D. Brückner und Dr. N. Clauer. M.F. möchte Herrn E. Weber herzlich für die Einführung auf der Mikrosonde danken. Herrn Prof. Th. Hügi danken wir für die Benützung des geochemischen Labors, Herrn Prof. H. Schwander für einige Na-Bestimmungen auf der Basler Mikrosonde und Herrn Dr. F. Hofmann für die Bestimmung der C-Gehalte. Den Herren Theo Küpfer und J. Fuhrimann verdanken wir verschiedene Laborarbeiten. Diese Arbeit wurde durch die folgenden Stipendien des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung unterstützt: Nr. 5358.2 an M.F., Nr. 2.367.70 an J.H. sowie Nr. 2598 an P.R. Die Durchführung der Mikrosondenanalysen wurden zudem möglich dank eines Studienaufenthaltes von M. F. an der Yale Universität, New Haven, Connecticut, wofür dieser Autor der Forschungskommission der Universität Bern zu großem Dank verpflichtet ist.     

1. Beiträge zur Tektonik Arabiens

Ohne ZusammenfassungDie Verfasser möchten an dieser Stelle Herrn Prof. H.Cloos für seine Beratung, Herrn Prof. O.Wilckens für die zeitraubende Arbeit bei der Herausgabe, Fräulein Dr. M.Ekkernkamp für die klare Umzeichnung vieler Karten und Profile herzlich danken.     

Der Schwefelgehalt in Knochen und Zähnen rezenter und fossiler Organismen

The sulfur content of teeth and bones has been determined by a microprobe. Recent samples only contain about 0.05 weight percent of sulfur, independent of a marine or terrestrial origin of the organisms. The total sulfur of these samples is partly related to the organic matter and partly to SO ₄ ^2– -ions replacing PO ₄ ^3– -ions in the crystalline matter of the skeletons. In the living organisms this matter consists of octacalciumphosphatecarbonate (OCPC) (Hayek, 1967), which is transformed only to a small degree into apatite. During diagenesis the process of apatite-crystallisation proceeds, and more sulfate enters the lattice of the phosphate, which leads to an enrichment of sulfur up to about one percent by weight. There is no relation observed between the concentration of sulfur and the age of the organisms. Influences of the environment of diagenesis on different minor compounds entering the phosphates of bones and teeth in different state of composition have been evaluated. As a result the possibility of dating fossils by minor element analysis (F, Mn, SO ₄ ^2– etc.) must be questioned. Differences between freshwater and marine invironment of deposition cannot be observed in the total sulfur of diagenetic phosphates.

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Ich danke Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl für sein Interesse an der Durchführung dieser Arbeit und für seine aktive Unterstützung. Für die Überlassung von Proben danke ich ganz besonders Herrn Prof. Dr. O. H. Walliser, Herrn Dr. Frank Westphal, Mrs. L. S. StevenSon, Herrn Prof. Dr. H. W. Flügel, Herrn Prof. Dr. W. G. Kühne und Herrn Prof. Dr. K. Krömmelbein; für klärende Diskussionen Herrn Prof. Dr. O. H. Walliser, Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C. W. Correns, Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl, Herrn Priv.-Doz. Dr. med. Kämmerer und Herrn Priv.-Doz. Dr. M. LieflÄnder; für die Übermittlung von Literatur und Hinweisen Herrn Priv.-Doz. Dr. H. Newesely; und für ihre Unterstützung und Diskussionsbereitschaft allen Mitarbeitern des Geochemischen Institutes der Universität Göttingen.     

Bestimmung sehr kleiner Verteilungskoeffizienten von Cs,Na und Ba zwischen Lösung und KCl-Einkristallen mit Hilfe radioaktiver Isotope

Distribution of Cs, Na, and Ba between great monocrystals of KCl and water solution was investigated. Impurity was either labelled by long-lived radioactive isotopes or was activated after growth of the crystals by neutrons in a nuclear reactor. No influence on partition coefficients was caused by using radioactive tracers, e.g. due to raised inclusion of mother liquor. Between impurity concentrations from 3·10^–4 to 10^–1 in the solution the partition coefficients were nearly constant and about 10^–3 for Na, about 10^–4 for Cs, and <5·10^–5 for Ba in KCl at temperatures of 40° C. If different impurity ions were built in simultaneously, the partition coefficients were independent of composition of solution. In case of Cs in KCl capture of Cs increased with increasing temperature.

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Meinem hoehverehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. W. von Engelhart, danke ieh für die freundliehe Überlassung des interessanten Themas. Für die stete Förderung und die zahlreichen fruehtbaren Diskussionen und Anregungen bin ich ihm und Herrn Dr. H. Puchelt zu großem Dank verpflichtet.Dem Bundesnlinisterium für wissensehaftliehe Forsehung danke ieh ffir die großzügige Unterstützung der Arbeit.Herrn Prof. Dr. W. Seelmann-Eggebert und Herrn Dr. V. Schneider vom Kernforsehungszentrum Karlsruhe und Herrn Dr. Bartel von der Kernforsehungsanlage Jülich danke ich für die Unterstützung bei der Neutronenaktivierung und Herrn Dr. J. Ottemann vom Mineralogischen Instigut der Universität Heidelberg für die Untersuchung mit der Elektronenmikrosonde.     

Zur Genese der kretazischen Eisenerze von Auerbach (Oberpfalz)

Zusammenfassung Die kretazischen Auèrbacher Eisenerze sind in Erosionsrirmän in Malmkalk bzw. -dolomit überwiegend syngenetisch-sedimentär durch, Ausfällung von Fe⁺⁺-und HCO₃ -Ionen enthaltenden Lösungen als Siderit bzw. — nach Oxydation des Eisens - als Nadeleisenerz zur Ablagerung gelangt. Ein Teil der heute vorliegenden Nadeleisenerze ist auch auf spätere Oxydation von primärem Eisenkarbonat zurückzuführen. Wesentliche Hinweise auf die Genese geben — außerden Lagerungsverhältnissen — vor allem der geringe Aluminiumgehalt der hochprozentigen Erze und der hohe Kohlenstoffgehalt der Weißerze; daneben werden auch andere Elemente, wie Bor, Yttrium, Phosphor, Mangan, Titan usw. zur Dentung herangezogen.Den Herren der Maxhütte möchten wir für die Förderung der Arbeit und die Erlaubnis zur Veröffentlichung und Herrn Prof. Dr. C. W.,Correns für seine vielseitige Unterstützung aufrichtig danken, außerdem auch Herrn Prof. Dr. Tx. ERNST, in dessen Institut ein Teil der abschließenden Arbeiten durchgeführt wurde. Herrn Dr. H.Tilliviann (Bayer. Geol, Landesamts danken wir für zahlreiche, freundliche Hinweise und die Überlassung von Proben.     

Stabilitätsbedingungen Grossular-führender Paragenesen im System CaO-Al2O3-SiO2-CO2-H2O

Ohne Zusammenfassung

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Stability conditions of grossularite-bearing parageneses in the system CaO-Al₂O₃-SiO₂-CO₂-H₂O

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Herrn Prof. Dr. H. G. F. Winkler danke ich vielmals für sein Interesse an dieser Arbeit, für anregende Diskussionen und die kritische Durchsicht des Manuskriptes. Auch den Herren Doz. Dr. P. Metz, Dr. K.-H. Nitsch und Doz. Dr. V. Trommsdorff danke ich herzlich für wertvolle Diskussionen und Hinweise. Herrn Dr. E-an Zen danke ich für einen Hinweis zur Phasentheorie und Herrn Prof. Dr. E. Schwarzmann für die Durchführung von IR-Aufnahmen. — Der Deutschen Forschungsgemeinschaft gilt mein Dank für die Arheitsmöglichkeiten an den Herrn Prof. Dr. Winkler zur Verfügung gestellten Apparaturen.     

Sedimentpetrographische Untersuchungen des Flammenmergels

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurden tonig-kalkig-kieselige Proben des Flammenmergels aus einem Profil von Wrisbergholzen sowie Einzelproben von der Hohen Schanze und von Othfresen-Liebenburg hauptsächlich optisch und röntgenographisch untersucht.Als wesentliche Komponenten treten auf: verschiedene Modifikationen der Kieselsäure (Quarz, Chalcedon, Opal), Calcit, Muskovit, Montmorillonit und Glaukonit. Es wurde festgestellt, daß der Flammenmergel sehr verschieden ausgebildet sein kann: neben Kalkbänken gibt es mehr kieselige Partien, daneben auch lockere tonig-mergelige Schichten.Es wurde versucht, das Vorhandensein von Opal, Chalcedon und neugebildetem Quarz zu erklären. Dabei wurde angenommen, daß die im Flammenmergel häufig vorkommenden Kieselorganismen unter hohem pH-Wert aufgelöst und die dadurch gelöste Kieselsäure bei niedrigem pH-Wert wieder ausgeflockt wurde. Nach seiner Zusammensetzung ist der Flammenmergel ein chemisch-biogenes Sediment mit klastischem Anteil (maximal 30%).

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Argillaceous-calcareous-siliceous samples of the flammenmergel from a section at Wrisbergholzen and some samples from Hohe Schanze and Othfresen-Liebenburg were investigated mainly with optical and X-ray methods.The essential components are: different modifications of SiO₂ (quartz, chalcedony, and opal), muscovite, montmorillonite, and glauconite.It can be seen that the flammenmergel occurs in different forms: limestone beds change to more siliceous parts or loose, argillaceous-marly beds.An explanation for the occurence of opal, chalcedony, and newly formed quartz is given. It was assumed that siliceous organisms, abundant in the flammenmergel, were dissolved under a high pH-value and that the so-formed SiO₂-solution coagulated under a low pH-value.According to its composition, the flammenmergel is a chemical-biogenetic sediment containing clastic components up to 30%.

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Diese Arbeit wurde hauptsächlich im Rahmen des Studiums als Vorarbeit im Jahr 1962/63 ausgeführt. Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C. W. Correns möchte ich für die Überlassung des Themas und sein förderndes Interesse sehr danken. Für sehr anregende Diskussionen danke ich Frau Dr. P. Schneiderhöhn und Herrn Prof. Dr. O. Braitsch. Für freundliche Unterstützung bei der Probenbeschaffung und einige Hinweise möchte ich Herrn Dr. F. Schmid vom Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung und Herrn Dr. H. Kolbe vom Erzbergbau Salzgitter danken. Fräulein Uebach sei für die Ausführung der chemischen Vollanalysen gedankt.     

“Short Distance”-Variabilität der Na-Gehalte niedrigmetamorpher mit Albit berührungsparagenetisch koexistierender Hellglimmer

White micas coexisting with albite, quartz, chlorite, and clinozoisite in low-grade schists of the Beaume Valley (Massif Central, France) have been analyzed by standard microprobe techniques. As the micas of an albite-rich thin section show significantly higher Na-contents than those of an albite-poor one of the same rock sample, the application of the muscovite-albite-geothermometer results in inconsistent temperature values. Thus the analyses may indicate that the distribution of sodium between coexisting white micas and albite not only depends on temperature and pressure but also on the chemical potentials of the alkalies in the metamorphic fluid phase.

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Gearbeitet wurde an der ARL-EMX-Mikrosonde des Geochemischen Instituts der Universität Göttingen. Sehr herzlich danke ich Herrn Prof. Dr. Wedepohl für die Arbeitserlaubnis, den Herren Dr. Gramse und Dr. Schneider für die Einarbeitung und Überlassung des Korrektionsprogrammes EMPADR IV.     

Zur Entstehung der Nabburger Fln\spatlagerstätten

Ohne ZusammenfassungAm Schlu\ meiner Arbeit möchte ich meinem hochverehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. F.Angel (Graz), für seine Anregungen und ständige Anteilnahme meinen allerbesten Dank aussprechen. Meinem lieben KameradenSiegfried Däweritz, Mei\en, danke ich herzlich für die Zeichnung von Abbildungen während des Feldzuges in Frankreich.     

Sedimentpetrographische und geochemische Untersuchungen an Karbonatgesteinen des Zechsteins

Introduction and methods applied: some new DTA-methods (quantitative determination of gypsum, determination of grain-size of carbonates, analysis of small amounts of iron in the dolomite lattice and of magnesium in calcite) and improved DTA-data on some minerals (clay minerals, Fe- and Al-hydroxides, pyrite, quartz, fluorite), occuring in the residue of carbonate rocks and not admitting solution by acids, are given.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C. W. Correns, danke ich sehr für die Überlassung des Themas. Für viele Hinweise und Diskussionen bin ich weiterhin Frau Dr. P. Schneiderhöhn, Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl und Herrn Dr. H. E. Usdowski zu Dank verpflichtet.     

Elementverteilung im Liegenden des Kupferschiefers

The leached zone below the Kupferschiefer was investigated in two drillholes (drillhole Drevenack: Zechsteinconglomerate, drillhole Rannungen: grey sandstone) using sedimentpetrographical and geochemical methods. Samples were taken from the uppermost red coloured Rotliegend up to directly below the Kupferschiefer. No big differences concerning the mineral composition and the distribution of elements between the red coloured and the leached rocks have been found. The border between the two is no boundary for the changes which took place during diagenesis.The trace element concentrations in both profiles are higher than the average values. The higher concentrations of elements in the whole leached zone must be interpreted as due to mobilisation from the underground. Besides, there is a clear zone of additional enrichment just below the Kupferschiefer which is a result of impregnation from it.The elements were set free during recrystallisation of haematite. Cu, Ni and Pb are present possibily as sulfides whereas Mn and Zn are in the carbonates.

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Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. C. W. Correns und Herrn Prof. Dr. K. H. Wedepohl danke ich für zahlreiche Diskussionen und Anregungen. Herrn Prof. Dr. H. Harder danke ich für die Arbeitsmöglichkeit im Sedimentpetrographischen Institut.

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Der Gewerkschaft Brigitta danke ich für die Überlassung der Bohrproben Rannungen, der Hamborner Bergbau AG für die Proben der Bohrung Drevenack.

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Der Deutschen Forschungsgemeinschaft bin ich für finanzielle Unterstützung zu Dank verpflichtet.     

Zur Petrographie des Rotliegend- Eruptivs der Bohrung Weyhausen Z 1

Zusammenfassung Eine Tiefbohrung der Gewerkschaft Elwerath im norddeutschen Flachland erbrachte einen Neuaufschluß von Rotliegend-Eruptivgestein, welches petrographisch beschrieben wird. Zum überwiegenden Teil handelt es sich um Porphyrite alkalisyenitischen Charakters, in die ein saurer Porphyr geringer Mächtigkeit eingeschaltet ist. Die Einsprenglingsfeldspäte sind nach Untersuchung mit dem U-Tisch Albite mit An < 10, für die femischen Minerale ist Chlorit kennzeichnend. Unter den Akzessorien ist Anatas relativ häufig. Schließlich wurden auch Pseudomorphosen von Muskowit-Illit nach Feldspat gefunden und näher untersucht.Von Herrn Dr.Philipp erscheint demnächst eine Veröffentlichung über Buntsandstein und Zechstein dieses Bereichs.Der Gewerkschaft Elwerath danke ich für die Erlaubnis zur Veröffentlidung, ganz besonders ihrem Chefgeologen, Herrn Direktor Dr.Roll, für die großzügige Förderung der Arbeit, ferner Herrn Dr.Füchtbauer, für zahlreiche Hinweise.     

Zur Lagerstättengenetischen Deutung der Isotopenverhältnisse am Blei und Schwefel

Zusammenfassung Es werden einige der Voraussetzungen untersucht, unter denen sich aus den Isotopenverhältnissen von Blei, Schwefel und anderen am Aufbau einer Lagerstätte beteiligten Elementen Aussagen über die Bildungsbedingungen und genetischen Zusammenhänge herleiten lassen.Am Blei interessiert in diesem Zusammenhang in erster Linie die Anomalie gegenüber demHolmes-Houtermanschen Bleimodell, während das Absolutalter nur zur Kontrolle bzw. zum Einhängen in das geologische Zeitschema benötigt wird. Auf die Entstehungsursachen der Anomalien wird im Abschnitt B eingegangen.Bei den leichteren Elementen — wie z. B. H, C, O und S — treten im Verlaufe geochemischer Prozesse Isotopen-Trenn-Effekte auf, und man kann daher aus den Isotopenverhältnissen bspw. auf eine voraufgegangene Teilnahme am exogenen Kreislauf schließen. Derartige Messungen sollen möglichst vollständig in die Untersuchungen einbezogen werden und wurden im vorliegenden Programm bereits für den Schwefel des Bleiglanzes (PbS) durchgeführt (Abschnitt C).Im Abschnitt D wird kurz auf die Meßtechnik eingegangen, und Abschnitt E gibt einen Überblick auf die Meßergebnisse an Lagerstätten des Westharzes (Oberharz, St. Andreasberg, Rammelsberg). Die Auswertung der Blei-Messungen (Abschnitt F) und Schwefel-Messungen (Abschnitt G) bringt für das gewählte Modell-Arbeitsgebiet interessante Ergänzungen der bekannten genetischen Zusammenhänge, so daß die Übertragung der Untersuchungstechnik auf andere Lagerstättengebiete nützlich erscheint.Die Messungen wurden größtenteils im Massenspektrometer-Laboratorium der Bundesanstalt für Bodenforschung, Hannover, durchgeführt. Das Probenmaterial stammt aus eigenen Aufsammlungen sowie aus den Sammlungen der Herren Berging. E.Bock, St. Andreasberg, Dr. E.Kraume, Goslar, und Prof. Dr. H.Rose, Hamburg. Außerdem wurden die ersten Teilergebnisse eines gemeinsam mit Herrn Dr.-Ing. H.Hüttenhain, Clausthal, begonnenen Untersuchungsprogramms verwertet.Ich möchte an dieser Stelle allen im Text genannten Herren für die Überlassung von Untersuchungsmaterial und für fruchtbare Anregungen danken, vor allen Dingen aber auch meinem bisherigen Kollegen, Herrn Dipl.-Phys. H.Lenz, sowie den Damen M.Fassbender, U.Rätsch und U.Römer für die Durchführung der zahlreichen Analysen und Auswertungen.     

Experimentelle Bildung von SiO2-Mineralien aus natürlichen Silikaten und silikatischen Gesteinen bei 180° C

Zusammenfassung Bei einer Temperatur von 180°C wurde die Umwandlung eines Trachyandesites sowie eines Serpentins in Quarz im alkalischen Milieu untersucht.Die Bildung der SiO₂-Mineralien erfolgte aus den silikatischen Gemengteilen dieser Gesteine, wie auch Versuche mit Alkalifeldspat, Plagioklas, Augit und Biotit zeigen.Unter dem Einfluß von verschiedenen KOH- und NaOH-Lösungen kam es zu einem Abbau der silikatischen Substanzen und zur Bildung von Cristobalit und dann erst von Quarz.Bei geringeren Alkalikonzentrationen bleibt der Cristobalit sehr lange erhalten; bei höheren Konzentrationen dagegen kommt es zu einer raschen Bildung von Quarz. Es zeigt sich dabei, daß die NaOH-Lösungen die Quarzbildung stärker beschleunigen als die KOH-Lösungen. Die experimentell zu SiO₂-Mineralien umgewandelten Trachyandesite konnten mit den natürlichen opalisierten Trachyandesiten verglichen werden.Auch aus Cristobalit und Alunit bestehende natürliche Zersetzungsprodukte des Trachyandesites konnten experimentell nachgebildet werden. Dies geschah durch die Einwirkung von alkalischen Lösungen und darauffolgend von Schwefelsäure auf den Trachyandesit.

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Experimental formation of SiO₂-minerals out of natural silicates and silicatic rocks at 180° C

The transformation of both trachyandesite and serpentine into quartz in alcalic surroundings at 180° C was investigated by experiments. The SiO₂-minerals were formed out of the silicatic components of the rocks (trachyandesite and serpentine), as was shown by experiments with potassium feldspar, oligoclase, augite and biotite. Under the influence of differing KOH and NaOH solutions the silicatic substances were dissolved, and cristobalite at first, and only afterwards quartz were formed. At low alcalic concentrations the cristobalite was preserved for a long time whereas higher alcalic concentrations led to a rapid formation of quartz. The NaOH-solutions speeded up the formation of quartz to a greater extent than KOH-solutions. The trachyandesite, experimentally transformed into SiO₂-minerals, could be compared with the naturally opalized trachyandesites. Products of natural alteration consisting of cristobalite and alunite could likewise be imitated in experiments, when the trachyandesite was transformed first by alcalic solutions and then by sulphuric acid.

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Herrn Professor Dr. H. Heritsch danke ich für sein dauerndes Interesse an dieser Arbeit, für Ratschläge und kritische Bemerkungen sowie dafür, daß die Experimente am Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Graz durchgeführt werden konnten. Herrn Professor Dr. C. W. Correns danke ich für wertvolle Hinweise und für die Möglichkeit, die experimentelle Technik in Göttingen anläßlich eines Studienaufenthaltes kennenzulernen. Ebenso gilt mein Dank Herrn Professor Dr. K. H. Wedepohl. Ferner danke ich Frl. Dr. A. Heydemann für anregende Diskussionen. Herrn Dr. F. Grasenick, dem Leiter des Forschungszentrums für Elektronenmikroskopie der Hochschulen in der Steiermark, verdanke ich die elektronenmikroskopischen Aufnahmen.     

Die autometamorphe retrograde Umwandlung von Biotiten in Chlorite und Muskowite in sauren Tiefengesteinen

The autometamorphic transformation of iron-rich biotite to chlorite and muscovite with the by-products hematite, ilmenite, sphene, and rutile has been studied in thin-sections of about 50 granitic rocks of Austria and Bavaria.From 19 granitic rock samples the magmatic biotites, their secondary chlorites, and muscovites were separated, purified by hand-picking, and investigated by optical, x-ray, and chemical methods. The silicatic products of biotite transformation were found to be iron-rich chlorites and iron-poor muscovites.The essentiall process of biotite alteration to chlorite is based in the emigration of 9,5–12, 2 Eq.wt.% Si and nearly the complete alcali. This leak is only compensated by the importation of 23,3–27,6 Eq.wt.% H₂O⁺.The chemical changes of biotite alteration to muscovite are characterized by the emigration of 15–20 Eq.wt.% Fe, Mg, Ti and the importation of 9,3–14,2 Al, 4,6–7,1 Si, and 1,3–4,3 Eq.wt% H₂O⁺.Owing to the transformation of biotite unit cell dimensions considerable changes. As a result of biotite replacement by chlorite c ₀·sin increases about 40%. a ₀ and b ₀ only extends for 0,8%.In comparison with these facts of chloritisation biotite transformation to muscovite was found to reduce a ₀ and b ₀ (–2,6%) much stronger than c ₀·sin (–0,7%).Modal analysis data of retrograde alterations of biotite and feldspar in the granites were connected with the observed and calculated values of main element changing. In the granitic samples about 50% of iron and titanium have been converted from silicatic into oxidic minerals like hematite, ilmenite, sphene, and rutile during the biotite transformation.59–92% of H₂O⁺ in these rocks fall to the share of secondary sheet silicate forming during the latest phases of granite crystallisation.The balance account of the various chemical reactions shows for the closed system a deficit of H₂O and Al, and a surplus of Fe, Ti, and F. The deficit or surplus of Si, Mg, Mn, Ca, Na, K, and Li in the samples is very different and dependent on the values of biotite chloritisation, feldspar sericitisation, and so forth.At the present time quantitative control of the complete chemical exchanges during the automorphism of these granites is not possible, because the quartz-feldspar-reactions have not yet been investigated.

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Für Anregungen, Diskussionen, sachliche Hilfen und förderndes Interesse bin ich den Herren Prof. Dr. C. W. Correns, Göttingen; Dr. H. Fesser, Hannover; Prof. Dr. H. R. v. Gaertner, Hannover; Dr. H. Gundlach, Hannover; Dipl.-Min. U. Haack, Göttingen; Dr. W. Harre, Hannover; Prof. Dr. F. Karl, Kiel; Prof. Dr. R. Mannkopff, Göttingen; Dr. C. Savelli, Göttingen; Prof. Dr. W. Schreyer, Kiel; Dr. F. Seifert; Kiel; Dipl.-Phys. W. Stahl, Hannover; Prof. Dr. K. H. Wedepohl, Göttingen, und Prof. Dr. H. G. F. Winkler, Göttingen, zu großem Dank verpflichtet.

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Folgende Institutionen haben meine Arbeit durch die Erlaubnis der Benutzung von wissenschaftlichen Geräten und durch sachliche und finanzielle Mittel in dankenswerter Weise unterstützt: Bundesanstalt für Bodenforschung, Hannover, Deutsehe Forschungsgemeinschaft, Bad Godesberg, Geochemisches Institut der Universität, Göttingen, und das Mineralogisch-Petrographische Institut der Universität, Kiel.

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Meinen Assistentinnen Frl. G. Klaetsch, Frl. B. Köhler und Frau H. Grapp bin ich für ihre große Geduld und ihren ausdauernden Fleiß bei der jahrelangen mühsamen Trennung und Reinigung der Mineralphasen von Herzen dankbar.     

Vergleichende geochemische Untersuchungen an ost- und südalpinen Graniten,Granodioriten und Tonaliten

Zusammenfassung Im Anschluß an vergleichende Untersuchungen Karls (1959) zur Petrographie und chemischen Zusammensetzung metamorpher Tonalite nördlich des Alpenhauptkammes und nichtmetamorpher Intrusivgesteine des Periadriatischen Bogens wurden für geochemische Untersuchungen insgesamt 113 Gesteinsproben aus beiden Gebieten entnommen.Diese wurden auf folgende Hauptbestandteile: SiO₂, Fe ges. (als Fe₂O₃), CaO, MgO, Na₂O und K₂O sowie die Spurenelemente: Zn, Co, Ni, V, Cr, Sr, Pb (ferner Cu, Sn und Be) untersucht.Getrennt für beide Gesteinsgruppen wurden aus den Analysendaten die statistischen Mittelwerte und deren Standardabweichungen für die einzelnen Elemente berechnet.Beide Gruppen stimmen innerhalb der Standard-Abweichungen weitgehend überein, d. h. die metamorphen Tonalite der Nord-Gruppe entsprechen bezüglich der gefundenen Spurenelementgehalte den nichtmetamorphen periadriatischen Intrusivgesteinen der Süd-Gruppe. Eine Ausnahme bilden Co und Ni, die in der Nord-Gruppe deutlich höher liegen.Eine Beeinflussung des Spurenelementhaushaltes in den Gesteinen der Nord-Gruppe durch die Metamorphose (Tauernkristallisation) läßt sich nicht folgern. Die Co- und Ni-Gehalte müssen im Norden primär höher gewesen sein, denn die hier gegebenen Mittelwerte der Spurenelemente zeigen im Vergleich mit Werten aus Datensammlungen gute Übereinstimmung und deuten auf ein der Norm saurer Intrusiva entsprechendes geochemisches Milieu hin. Nur das Pb weicht mit erhöhten Werten von der Norm ab. Auch Grohmann (1965) gibt in Analysen vergleichbarer ostalpiner Gesteine erhöhte Pb-Gehalte an.Aus dem stofflich konservativen Verlauf der Tauernkristallisation wird ersichtlich, daß die Bildung der alpinen Lagerstätten dieses Raumes nicht auf die Metamorphose bezogen werden kann.

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Following the comparative studies of Karl (1959) regarding the petrography and the chemical composition both of metamorphic tonalites in the north of the Alpen main ridge and the neighbouring nonmetamorphic periadriatic plutonic rocks in the south, 113 samples were taken from both areas for geochemical investigations. They have been analysed for the following main components: SiO₂, Fe₂O₃ (total Fe), CaO, MgO, Na₂O, and K₂O as well as for the trace elements Zn, Co, Ni, V, Cr, Sr, Pb, and also Cu, Sn, and Be.The arithmetic means of the analytical data have been calculated separately for the different elements inside both groups. Within the standard deviations the two groups agree with each other, except for Co and Ni, which have distinctive higher values in the Northern group. The dominant conformity of both groups indicates that the trace element content of the Northern group was not changed by the Tauern metamorphism. The contents of Co and Ni must have been primarily higher in the north.Comparisons with corresponding data of trace element contents given in diverse geochemical tables agree well with the values of means given here. Only Pb deviates with higher values from the standard content of acid plutonic rocks. This is in accordance with the results of Grohmann (1965), who also found higher values of Pb in comparative plutonic rocks of the Eastern Alpen mountains.

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Unser Dank gilt der Bundesanstalt für Bodenforschung, Hannover, namentlich Herrn Prof. Dr. H. J. Martini und Herrn Prof. Dr. H. R. v. Gaertner, ferner der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bad Godesberg, für die Förderung unserer Arbeit.Herrn Dr. H. Fesser, Bundesanstalt für Bodenforschung, danken wir für die Durchführung spektrographischer Untersuchungen, Frau M. Elstner für Fleiß und Sorgfalt bei den chemischen Arbeiten.     

Differential-Thermo-Analyse einiger bei sehr hohen Temperaturen zerfallender Karbonatminerale

Zusammenfassung Für die drei über 1000° C zerfallenden Karbonat-Minerale Strontianit, Witherit und Norsethit werden zum ersten Male vollständige DTA-Kurven angegeben. Mit Hilfe der Abhängigkeitskurven der Zerfallstemperaturen von der Probenmenge wird eine halbquantitative Bestimmung der Minerale mit der DTA beschrieben und für drei Strontianitproben angewandt. Weiterhin werden die bei diesen Mineralen auftretenden Gitterumwandlungen diskutiert, dabei wird auf die Besonderheit der Abhängigkeit der Ausschlags-Intensität von der Teilchengröße und auf die Eignung dieser Abhängigkeit als Kriterium zum Erkennen einer Gitterumwandlung in der DTA hingewiesen.

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For three carbonate minerals, which decompose at temperatures above 1000° C, i.e. Strontianite, Witherite, and Norsethite, complete DTA-curves are given for the first time. With the help of dependence curves of decomposition temperatures, on the amount of material used, a method of half-quantitative determination of minerals with the DTA is proposed and applied to three Strontianite samples. Further the lattice changes that take place in these minerals are discussed. At the same time the fact that the intensity of deflexion is dependent on the particle size (in grounded material) is pointed out. It is also referred to that this dependence provides a suitable criteria for the recognition of a lattice change in DTA.

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Die verwandte Apparatur ist bereits früher eingehend beschrieben worden (Smykatz-Kloss, 1964). Als Probenhalter wurde ein Nickelblock verwendet, die Thermoelemente bestanden aus Pt/Pt₍₉₀₎ Rh₍₁₀₎; die Aufheizgeschwindigkeit betrug 12°/min, die Genauigkeit der Temperaturbestimmung war ±1° C.

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Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C. W. Correns danke ich für sein Interesse an dieser Arbeit, Herrn Prof. Dr. H. Harder, dem Direktor des Sedimentpetrographischen Instituts, für die sehr guten Arbeitsmöglichkeiten in diesem Institut. Herr Dr. F. lippmann aus dem Mineralogischen Institut der Universität Tübingen stellte freundlicherweise den Norsethit zur Verfügung; dafür und für die Erlaubnis zur Veröffentlichung der DTA-Daten des Norsethits danke ich ihm.     

Deutung diskordanter Zirkonalter der Silvrettadecke und des Gotthardmassivs (Schweizer Alpen)

U-Pb isotopic analyses are reported for zircons of nine igneous rocks and high grade metamorphic paragneisses from the Silvretta nappe and the Gotthard massif, Switzerland.Following Silver and Deutsch (1961) the zircon populations isolated from six of these rocks were devided into series of size fractions with varying uranium content. An extensive Rb-Sr investigation has been made on some of these rock samples and their minerals (Arnold and Jäger, 1965: Gotthard massif, Grauert, 1966: Silvretta nappe). Rb-Sr measurements on biotites and mineral isochrons of individual gneiss samples yield ages which indicate the end of the Alpine and the Hercynian (=Variscan) metamorphism. Other measurements give mixed ages between these events. The U-Pb investigation of zircons, however, yield criteria for an even older event, 400 to 500 m.y. ago.The isotopic relationship indicates a strong episodic disturbance of the U-Pb systems in the paragneiss zircons with high losses of radiogenic lead. In a Concordia diagram the best fit lines to the data points of the paragneiss zircons from the Gotthard massif as well as from the Silvretta nappe trend both toward the data points of the orthogneiss zircons and intersect the Concordia at approximately 440 m.y. Rb-Sr analyses of the granitic orthogneisses from the Silvretta nappe (Flüela granite gneisses) gave a well defined isochron of 428 m.y. (=1.47×10^–11y^–1). This value agrees rather well with the age given by the intersection of the best fit lines to the paragneiss zircons with the Concordia.Considering the geological and petrographical observations we interpret this disturbance of the U-Pb systems in the paragneiss zircons as the result of an influence of regional high grade metamorphism and anatectic melting together with the formation of igneous rocks during the Caledonian petrogenesis.In the Silvretta the uranium rich zircons from the Flüela granite gneisses reflect a disturbance and lead loss probably during the Hercynian metamorphism. In the Gotthardmassif the zircons from a quartz diorite and an ultrabasic inclusion in this diorite, however, show no or only a slight influence of the later Hercynian and Alpine metamorphisms. The apparent ages of the zircons in the ultrabasic inclusion are nearly concordant (Pb²⁰⁶/U²³⁸: 448 m.y., Pb²⁰⁷/ U²³⁵: 452 m.y., Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶: 472 m.y.). There is in all orthogneiss zircons some evidence of older inhereted U-Pb components besides new zircon growth.If we assume an episodic model for the lead loss and a disturbance 450 m.y. ago the minimum primary age of the detrital zircon components in the paragneisses would be 1500 m.y.

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Der eine von uns (B.G.) möchte den Herren Prof. Dr. M. Grünenfelder und Prof. Dr. P. Signer vom Labor für Geochronologie des Instituts für Kristallographie und Petrographie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich seinen Dank für ihr Interesse und die großzügige Unterstützung bei der Durchführung dieser Arbeit aussprechen. Herr Prof. Dr. M. Grünenfelder und Herr Dr. R. Pidgeon haben ihn in die Arbeitsweise der U-Pb-Isotopenanalyse eingeführt. Herr Dr. V. Köppel sowie alle oben genannten Herren haben durch ihre wertvollen Ratschläge und kritischen Diskussionen diese Arbeit wesentlich gefördert. Ihnen und auch allen anderen Angehörigen des Labors für Geochronologie, die zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben, sei herzlichst gedankt.

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Herr Dr. L. Rybach hat in dankenswerter Weise von vier Zirkonfraktionen die Urankonzentration durch Gamma-Spektrometrie bestimmt.

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Wir beide möchten Frau Prof. Dr. E. Jäger und Herrn Prof. Dr. E. Niggli vom Mineralogisch-Petrographischen Institut der Universität Bern für ihr wohlwollendes Interesse und die kritische Durchsicht des Manuskriptes danken.     

Die Gneishornfelse um Steinach in der Oberpfalz

Zusammenfassung Bereits vor der Intrusion des Leuchtenberger Granits waren seine Rahmen-gesteine unter den Bedingungen der Amphibolit-Fazies regionalmetamorph eingeformt worden, wobei sich folgende Paragenesen bildeten: Muscovit + Biotit + Granat ± Sillimanit ± Staurolith (+ Quarz + Plagioklas) Muscovit + Biotit ± Kalifeldspat (+ Quarz + Plagioklas).Die Kontaktmetamorphose führt in den äußeren Bereichen der Aureole zur Paragenese Muscovit + Andalusit + Cordierit + Biotit (+ Quarz + Plagioklas), die der Hornblende-Hornfels-Fazies entspricht.In der inneren Kontaktzone werden die p-t-Bedingungen einer höhergradierten Hornfelsfazies erreicht, die sich in der Paragenese ± Kalifeldspat + Sillimanit + Cordierit ± Almandin + Biotit (+ Quarz + Plagioklas) dokumentiert.Die zonale Anordnung der Mineral-Paragenesen im Kontakthof läßt sich durch quantitative Verbreitungskarten anschaulich machen (150 Modalanalysen aus 59 Fundpunkten). Phasenbeziehungen und Mineralreaktionen werden anhand von AKF- und AFM-Diagrammen diskutiert, für deren Aufstellung 19 Mineralanalysen neu ausgeführt wurden.Durch den Vergleich mit derzeit verfügbaren experimentellen Unterlagen lassen sich die p-t-Bedingungen im Steinacher Kontakthof abschätzen. Danach ist ein Druckbereich von 1,5–3 kbar am wahrscheinlichsten. Mit der Bildung der höchst-gradierten Hornfelse waren 550° C sicher überschritten, während nach dem Jaeger-Modell 700° C als alleroberste Temperaturgrenze anzusehen ist. In der innersten Kontaktzone muß man mit geringen O₂-Partialdrucken rechnen.

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The gneiss-hornfelses of Steinach, Oberpfalz (Bavaria)

The southern margin of the Leuchtenberg granite massive is surrounded by a thermal aureole in which banded gneisses and mica schists have been transformed into hornfelses containing andalusite, sillimanite, cordierite, and almandine.Before the intrusion of the granite, the country rocks had undergone regional metamorphism to give mineral assemblages typical of the amphibolite facies: Muscovite + biotite ± K-feldspar + quartz + plagioclase in the banded gneisses and muscovite + biotite + garnet ± sillimanite ± staurolite + quartz + plagioclase in the mica schists.In the outer zone of the aureole, contact metamorphism produced the assemblage: Muscovite + andalusite + cordierite + biotite + quartz + plagioclase, corresponding to the hornblende-hornfels facies.In the inner zone of the aureole, increasing temperatures yielded the high grade assemblages: K-feldspar + sillimanite + cordierite ± almandine + biotite + quartz + plagioclase sillimanite + cordierite ± almandine + biotite + quartz + plagioclase.The zonal arrangement of the mineral assemblages within the Steinach aureole is shown in quantitative distribution maps of andalusite, contact-metamorphic sillimanite, cordierite, and contact-metamorphic garnet respectively, based on 150 modal analyses (from 59 points, Fig. 1). Andalusite (Fig. 10) reaches its maximum at about 200–400 m from the granite border and, toward it, is more and more substituted by sillimanite (Fig. 11). On the other hand, contact metamorphic sillimanite goes to the outer zone of the aureole almost as far as andalusite. This means that the sillimanite isograd passed across the andalusite zone during the contact metamorphism. Cordierite (Fig. 12) shows a constant increase from the margin to the innermost zone of the aureole, as does contact metamorphic garnet (Fig. 13). Phase relations and mineral reactions are discussed in terms of AKP- and APM-diagrams (Figs. 14, 15, 17, 18) based on 19 new mineral analyses (Tables 5–9).With respect to the experimental data so far available, possible P-T-conditions within the Steinach aureole have been discussed. The transition from the low to the high grade assemblages took place very near to the cross-over point of the andalusite/sillimanite equilibrium curve and the breakdown curve of muscovite + quartz in the P-T-diagram (Figs. 16, 19).This gives a minimum H₂O-pressure of 1 kbar. In the innermost contact zone, temperatures must have exceeded 550° C, which is in good agreement with recent oxygen-isotope data as well as with Jaeger's model. As is shown by the ore mineral assemblages, studied in polished sections (Table 10), the oxygen activity in the high grade hornfelses was low.

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Prof. S. Matthes (Würzburg) möchte ich für das lebhafte, fördernde Interesse an dieser Arbeit sowie für die Überlassung von Proben und von Geräten der DFG meinen herz-lichen Dank aussprechen. Wesentlichen Anteil am Gelingen dieser Untersuchung hat auch Prof. B. W. Evans, dem ich für die freundschaftliche Aufnahme in Berkeley, für die ständige Bereitschaft zur Diskussion und für wertvolle Anregungen zu großem Dank verpflichtet bin. Weiter danke ich Prof. W. Schreyer (Bochum) und Prof. F. J. Turner (Berkeley) für die kritische Durchsicht des Manuskripts sowie Mr. L. K. Burns (Berkeley), Dr. A. Peters und Dr. P. Richter (Würzburg) für wichtige Hinweise bei der Analytik. Die Untersuchungen an der Mikrosonde in Berkeley wurden durch ein Stipendium der Deutschen Forschungs-gemeinschaft ermöglicht; das Gerät stand durch die Unterstützung der National Science Foundation (grant GA 500) zur Verfügung. Beiden Organisationen sei für ihre Hilfe gedankt.

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Textlich gekürzte, aber um neue Untersuchungsergebnisse erweiterte Fassung einer Habilitationsschrift, angenommen im Januar 1968 von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Würzburg.     

Die Beziehungen zwischen der chemischen Zusammensetzung,Lichtbrechung und Dichte einiger koexistierender Biotite,Muskowite und Chlorite aus granitischen Tiefengesteinen

From 19 granitic rock samples the coexisting biotites, muscovites, and chlorites were separated by means of a magnetic separator as well as through hand-picking under the microscope.The measured refractive indices and densities of the biotites and of the iron-rich chlorites show stronger variations than those measured on the muscovites.These data, together with 20 complete chemical analyses of these complicated layer silicates, were used to test the applicability of the rule of Gladstone and Dale giving a simple theoretical relationship between chemical composition, density and mean refractive index of a substance.For 16 samples the theoretical densities according to Gladstone-Dale agree within 2% with the measured densities. In 4 samples of biotite and muscovite showing high contents of fluorine discrepancies up to 4% were found.This might suggest that the specific refractive energy for F in layer silicates is different from the value given by Larsen and Berman for silicates in general.The effects of substitutions of main elements Si, Al, Fe²⁺, Mg, K, Ti, Fe³⁺, Ca, and F on the refractive indices of layer silicates are shown to be very complex.

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Mein Dank gilt Herrn Direktor Prof. Dr. H. R. v. Gaertner, welcher meine Untersuchungen während meiner Tätigkeit bei der Bundesanstalt für Bodenforschung, Hannover, mit Interesse förderte. Ferner danke ich den Herren Dr. W. Harre und Dr. H. Gundlach, Bundesanstalt für Bodenforschung, für die Durchführung der chemischen Mineralanalysen, sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bad Godesberg, für ihre finanzielle Beihilfe. Meinen Assistentinnen Frau H. Grapp, Frl. B. Köhler, Frl. G. Klaetsch und Frau R. keese sei herzlich für ihren geduldigen Fleiß bei den Separierungsarbeiten gedankt.