Petrogenesis of Hawaiian tholeiites: 2, aspects of dynamic melt segregation

To Hawaiian magma genesis, dynamic melt segregation offers a potential resolution of conflict arising between trace-element evidence and phase-equilibria evidence, for deep garnet-present melting versus shallow garnet-absent melting. In this study comprehensive dynamic melting models, which incorporate phase-equilibria constraints and variable partition coefficients, have been applied in efforts to simulate decompression melting of a mantle plume. These models specifically endeavour to reproduce Hawaiian REE (rare-earth-element) patterns from a peridotitic upper mantle source with chondritic relative abundances of middle and HREE (heavy REE). If the flow of both melt and solid mantle is vertical through the partially molten source region, and melting proceeds beyond the stability limit of garnet in peridotite, dynamic melting processes are unable to produce the fractionated REE patterns of Hawaiian tholeiites. Instead, three-dimensional dynamic melting modles need to be invoked, in which lateral migration of the melt relative to the residual matrix also takes place. This enables the derivation of small garnet-equilibrated melt fractions from a larger source volume than that supplying more extensive melt fractions from shallower garnet-absent levels of melting (i.e melting shapes with a mean degree of melting smaller than the maximum extent of melting). This can be achieved by either drawing small-degree melt fractions, formed in the presence of garnet at the plume peripheries, toward the plume centre, or by advecting the mantle residue away from the plume centre as it ascends. Fluid dynamic theory supports a plume model incorporating the latter, with melt flow occurring vertically through a matrix flow which is deflected by the lithosphere and diverges away from the plume centre. In this framework, the generation of melting shapes dominated by small-degree garnetpresent melt fractions, requires a decrease in the rate of melting with progressive melting and height along melt-flow paths within the plume. This is consistent with a decrease in vertical velocity of the matrix (and thus decompression melting rate) upwards through the plume and, with diminishing melting rates upon exhaustion of garnet and clinopyroxene as melting progresses. Providing melt segregation occurs by percolation, equilibrium between the segregating melt and residual peridotite matrix may be maintained throughout the plume. In this way, primary melts extracted from the Hawaiian plume have their bulk compositions determined by phase equilibrium with the extensively melted matrix residue (harzburgite) at the plume top and shallowest level of melting (2.0 GPa), and their incompatible-trace-element characteristics determined by smaller-degree melt fractions derived from deeper, garnet-present levels of melting (3.0 GPa). Simple unidimensional models for melt segregation by percolation or via channels are shown to produce incompatible-trace-element abundances and ratios which are similar to those generated by equivalent degrees of batch melting. Moreover, contrary to a common belief held for dynamic melting, the enrichment of more-incompatible elements over less-incompatible elements is not always greater than that produced by an equivalent amount of batch melting.     

Anhydrous partial melting of MORB pyrolite and other peridotite compositions at 10 kbar: Implications for the origin of primitive MORB glasses

Summary Anhydrous partial melting experiments on four peridotite compositions have been conducted at 10 kbar providing a relatively internally consistent set of data on the character of primary melts expected from the oceanic upper mantle in the mid-ocean ridge setting. The four peridotite compositions are: MORB pyrolite (considered to be suitable for the production of primitive (Mg#0.68) MORB glasses at 10 kbar), Hawaiian pyrolite (representative of enriched upper mantle), Tinaquillo lherzolite (representative of more depleted upper mantle), and the spinel lherzolite KLB-1 which is a suitable composition for the production of primitive MORB glasses. The equilibrium liquids were determined by sandwich experiments. The primitive MORB glass DSDP 3-18-7-1 was used in experiments using MORB pyrolite and KLB-1, while a calculated 10 kbar liquid composition fromJaques andGreen (1980) was used in experiments with Hawaiian pyrolite and Tinaquillo lherzolite. The results of the experiments are used to test a 10 kbar melt model for the generation of primitive MORB glasses, which are parental magmas to typical MORB compositions. The melt compositions from the four peridotites studied are significantly different from primitive MORB glasses in major element chemistry and plot away from the field of primitive MORB glasses in the CIPW molecular normative Basalt tetrahedron. The results indicate that primitive MORB glasses are derivative compositions lying on olivine fractionation lines from picritic parents, which themselves are primary magmas at pressures greater than 10 kbar. The results of this study are integrated with previous 10 kbar experimental studies.

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Wasserfreie partielle aufschmelzung von MORB pyrolit und andere peridotit-zusammensetzungen bei 10 kbar: bedeutung für die entstehung primitiver MORB gläser

Zusammenfassung Vier Peridotit-Zusammensetzungen wurden bei 10 kbar unter wasserfreien Bedingungen partiell aufgeschmolzen, und die Ergebnisse mit möglichen primitiven Schmelzen Mittel-Ozeanischer Rücken verglichen.Die folgenden perioditischen Zusammensetzungen wurden untersucht: MORB pyrolite [mögliche Ausgangszusammensetzung für primitive (Mg# > 0.68) MORB-Glaszusammensetzungen bei 10 kbar], Hawaiian pyrolite (representativ für angereicherten Oberen Mantel); Tinaquillo lherzolite (representativ für verarmten' Oberen Mantel) und spinel lherzolite, KLB-1 (im Gleichgewicht mit primitiver MORB-Glaszusammensetzung). Die Schmelzen im Gleichgewicht mit diesen Ausgangszusammensetzungen wurden mittels Sandwich-Experimenten ermittelt.Die primitive MORB-Glaszusammensetzung DSDP 3-18-7-1 wurde mit MORB pyrolite und KLB-1 equilibriert, während eine Modell-Zusammensetzung vonJaques and Green (1980) in Verbindung mit Hawaiian pyrolite und Tinaquillo lherzolite vermischt wurde. Die Resultate der Experimente werden mit einem 10 kbar Aufschmelzungsmodell zur Entstehung primitiver MORB-Gläser verglichen. Die Schmelzen im Gleichgewicht mit den vier Peridotit-Ausgangszusammensetzungen unterscheiden sich wesentlich von primitiven MORB-Gläsern, sowohl hinsichtlich ihrer Hauptelemente als auch ihrer Plot-Parameter im Basalttetraeder. Primitive MORB-Glaszusammensetzungen stellen keine primären Schmelzen dar, sondern sind durch Olivinfraktionierung von primitiven Magmen abzuleiten. Die Resultate dieser Untersuchungen werden mit früheren 10 kbar Experimenten verglichen.

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With 10 Figures     

Metamorphic evolution of the palaeozoic series of the Betic Cordilleras (Nevado-Filabride complex,SE Spain) and its relationship with the alpine orogeny

The Palaeozoic rocks of the Veleta nappe (Nevado-Filábride complex, Betic Cordilleras, Southern Spain) consist of graphite-mica schists with oxychlorite — chloritoid — albite — garnet porphyroblasts. Crystal chemistry of the minerals, their phase relations and microfabrics are consistent with a normal prograde metamorphic evolution and a slight retrograde overprint. The basis of the overlying Mulhacén nappe consists also of Palaeozoic graphite-mica schists, but with clear signs of polymetamorphic development. An early low-pressure metamorphism with andalusite and chloritoid is overprinted by high-pressure metamorphism with kyanite and Mg-rich chloritoid. This later development is of Alpine age, which is demonstrated by the metamorphic conditions of Permo-Triassic rocks in the upper part of the Mulhacén nappe, included formation of eclogites, followed by an amphibolite facies overprint. The metamorphism of the Veleta nappe is regarded as pre-Alpine: a possible Alpine overprint did not cause an increase in temperatures. No inverse metamorphic gradient exists between Veleta and Mulhacén nappes, because of the different ages of metamorphism.

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Zusammenfassung Die paläozoischen Gesteinsserien der Veletadecke im Nevado-Filábride Komplex (Betische Kordillere, Südspanien) bestehen aus Graphitglimmerschiefern mit Oxichlorit — Chloritoid — Albit — Granat — Porphyroblasten. Die Kristallchemie der Minerale, ihre Phasenbeziehungen und Mikrogefüge sind konsistent mit einer normalen prograden Metamorphoseentwicklung und leichter retrograder Überprägung. Die Basis der darüberliegenden Mulhacendecke besteht ebenfalls aus paläozoischen Graphitglimmerschiefern, die jedoch deutliche Anzeichen für polymetamorphe Entwicklung zeigen: Eine frühe Niedrigdruckmetamorphose mit Andalusit und Chloritoid wird überprägt von einer Hochdruckmetamorphose mit Disthen und Mg-reichem Chloritoid. Diese spätere Entwicklung ist, wie die Metamorphosebedingungen der im Hangenden folgenden permotriadischen Gesteine der Mulhacendecke zeigen, frühalpin und schließt Eklogitbildung mit ein, gefolgt von einer amphibolitfaziellen Überprägung. Die Metamorphose der Veletadecke wird als präalpine Metamorphose angesehen: Eine mögliche alpine Überprägung hat keinen Temperaturanstieg verursacht. Zwischen Mulhacendecke und Veletadecke besteht kein inverser Metamorphosegradient, sondern ein Sprung in den Metamorphosealtern.

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Résumén El Paleozoico del Manto del Veleta (complejo Nevado-Filábride, Cordilleras Béticas, suroeste de España) está formado por micasquistos grafitosos con porfiroblastos de oxicloritas — chloritoide — albita — granate. La cristalquímica de los minerales, sus relaciones de fase y microfábrica son coherentes con una evolución metamórfica progresiva normal y con un ligero retrometamorfismo. La base del suprayacente Manto del Mulhacén está también formado por micasquistos grafitosos paleozoicos, pero muestran signos evidentes de un desarrollo polimetamórfico. El metamorfismo más antiguo tiene unas caracteristicas de baja presión con la formación de andalucita y cloritoide. Estas rocas sufren los efectos de un nuevo proceso metamorfico de edad alpina, lo que puede ser demostrado por comparación con las rocas Permo-Triásicas de la parte superior del Manto del Mulhacén, en las cuales las eclogitas formadas en la primera fase son afectadas por otra en la facies de las anfibolitas. El metamorfismo del Manto del Veleta puede ser probablemente considerado como pre-Alpino: si está afectado por el metamorfismo alpino, éste no ha causado un incremento de temperatura. No existe, por tanto, inversión del gradiente metamórfico entre los Mantos del Veleta y del Mulhacén puesto que la edad del metamorfismo en ambos es diferente.

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Wegeners „Kontinentverschiebungen“ zu seiner Zeit und heute

Zusammenfassung Ausgangspunkt der Wegenerschen Theorie war der unmittelbare Eindruck von der Kongruenz der atlantischen Küsten. Das eigentliche Fundament bildeten jedoch die Argumente aus Paläontologie, Geophysik, Geologie, Paläoklimatologie und Astrogeodäsie. Wegener war nicht nur der Schöpfer, sondern auch der Propagandist seiner Theorie. Von bleibendem Wert erwiesen sich seine Forderungen: Jede Theorie der Entstehung der Ozeane und Kontinente muß von allen geowissenschaftlichen Disziplinen getragen werden und sie muß sich durch Messungen bestätigen lassen.

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The starting-point of Wegener's theory was the direct impression of the congruity of the Atlantic coastlines. The fundamental principle, however, is formed by the argumentation of paleontology, geophysics, geology, paleoclimatology and astrogeodesy. Wegener was not only the creator of his theory but he also propagated it. His demands proved to be of lasting value: every theory of the origin of oceans and continents has to be supported by all geosciences and it should be possible to be verified by physical measurements.

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Resume Le point de départ de la théorie de Wegener fut l'impression immédiate de la concordance des côtes atlantiques. Les bases véritables furent les arguments tirés de la Paléontologie, de la Géophysique, de la Géologie, de la Paléoclimatologie et de l'Astrogéodésie. Wegener fut non pas seulement le créateur de sa théorie, mais encore son propagandiste. Sa démarche reste valable d'une théorie de la genèse des continents et des océans qui soit étayée part toutes les sciences de la terre et verifée par des mesures physiques.

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Zur Stratigraphie der grobklastischen Fazies im Oxfordium des Wiehengebirges

Zusammenfassung Der Fund vonPeltoceratoides instabiliformis n. sp. in Steinbrüchen am Gehn nordwestlich von Osnabrück (Abb. 3) liefert weitere Kriterien, daß der Wiehengebirgssandstein, dessen stratigraphische Stellung wegen Mangel charakteristischer Fossilien unsicher ist, ins höhere Oxfordium zu stellen ist. Diese grobklastische Fazies vertritt im Wiehengebirge im wesentlichen die für das Wesergebirge typische kalkige Fazies des Korallenooliths. Anschließend wird zu einer neueren paläogeographischen Mitteilung über den Korallenoolith Nordwestdeutschlands kurz Stellung genommen.

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In quarries at the Gehn NW of Osnabrück, several specimens ofPeltoceratoides instabiliformis n. sp. have been found. This gives further indications to the stratigraphic position of the Wiehengebirgs sandstone — which is uncertain, due to the lack of characteristic fossils — to be of Upper Oxfordian age. In the Wiehengebirge though, this coarse clastic facies substitutes to a large extent the calcareous facies of the Korallenoolith typical for the Wesergebirge.A recent paleogeographic report on the Korallenoolith of NW-Germany is then briefly discussed.

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Résumé LesPeltoceratoides instabiliformis n. sp. découverts dans des carrières du Gehn au nord-ouest d'Osnabrück fournissent d'autres indices affirmant que le grès du Wiehengebirge dont la position stratigraphique est incertaine faute de fossiles caractéristiques doit être attribué à l'Oxfordien supérieur. Dans le Wiehengebirge, ce faciès clastique à grain grossier remplace dans l'essentiel le faciès calcaire du Korallenoolith typique pour le Wesergebirge.Il suit une brève critique d'une communication paléogéographique récemment parue sur le Korallenoolith du Nord-Ouest de l'Allemagne.

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. Peltoceratoides instabiliformis n. sp. . . , . - .

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

The role of tectonic grain size reduction in the rheological stratification of the lithosphere

With the aid of published constitutive flow laws for common crustal and upper mantle rock types, it is possible to construct curves showing variation of rock strength with depth in the continental lithosphere, assuming a particular crustal stratification of rock types and a particular geothermal gradient. Such exercises lead to the conclusion that marked changes in strength can occur at major petrological interfaces, such as the Moho discontinuity, which are therefore likely to be associated with a tendency for major, sub-horizontal detachments to form. Constitutive flow laws used for such purposes are usually assumed to represent steady-state flow, at constant rock microstructure.We argue that perhaps the most significant tectonic displacements of rock masses occur across major, localized shear zones, characterized by intense grain-size reduction, and illustrate this by reference to deformation in the metabasic and ultrabasic rocks of the lower part of the Ivrea Zone of northern Italy, which is believed to provide a section through what was once part of the deep continental crust. Calculations of the variation of the flow strength with depth of rocks should therefore use flow laws which include provision for strain dependent variations of strength, arising from strain dependent microstructural changes.We use the results of recent studies of grain-size dependent flow of olivine to estimate strain dependent variations in the flow strength of the sub-continental upper mantle, arising from dynamic recrystallization. From this we argue that after an initial period of flow at high stress, parts of the upper mantle can become very weak, if grain size is sufficiently reduced. Under favourable circumstances, flow can be concentrated immediately below the Moho, or in a band below the Moho. Such behaviour is consistent with our observations of the behaviour of dunites in the Ivrea Zone, and with some interpretations of upper mantle seismic reflectors.

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Zusammenfassung Mit Hilfe von veröffentlichten wesentlichen Fließgesetzen für die meisten Krusten- und oberen Mantelgesteinstypen ist es möglich Kurven zu konstruieren, die Variationen in der Gesteinsfestigkeit in Abhängigkeit von der Tiefe innerhalb der kontinentalen Kruste zeigen. Dies unter der Annahme einer bestimmten krustalen Schichtung der Gesteinstypen sowie einem bestimmten geothermischen Gradienten. Derartige Untersuchungen führen zu dem Schluß, daß deutliche Unterschiede in der Gesteinsfestigkeit an markanten petrologischen Grenzflächen auftreten können, wie z. B an der Moho-Diskontinuität. Derartige Grenzflächen haben somit wahrscheinlich die Tendenz subhorizontale Ablösungsflächen auszubilden. Die allgemeinen Fließgesetze, die für diese Berechnungen angewandt wurden, repräsentieren gewöhnlich bei unverändertem Gesteinsmikrogefüge den »steady-state«Zustand. Es ist anzunehmen, daß die bedeutendsten tektonischen Verschiebungen in den Gesteinsmassen entlang großer, definierter Scherzonen stattfinden, die durch intensive Korngrößenreduktion charakterisiert werden. Belegt wird dies anhand der Deformation in den metabasischen und ultrabasischen Gesteinen des tieferen Teiles der Ivrea-Zone in Norditalien, von der angenommen wird, daß sie einen Schnitt durch denjenigen Teil darstellt, der ehemals dem tieferen Abschnitt der kontinentalen Kruste angehörte.Berechnungen der Variation der Fließfähigkeit von Gesteinen in Abhängigkeit von der Tiefe sollten daher Fließgesetze verwenden, die deformationsabhängige Variationen im Festigkeitsverhalten, das sich aus dem deformationsabhängigen Gefügewechsel ergibt, berücksichtigen.Wir benutzen die Ergebnisse neuerer Untersuchungen über korngrößenabhängiges Fließen von Olivin, um die Deformationsabhängigen Variationen im Fließverhalten des subkontinentalen oberen Mantels, das aus der dynamischen Rekristallisation entsteht, abzuschätzen. Hieraus läßt sich schließen, daß nach einer anfänglichen Periode des Fließens bei hohem Streß Teile des oberen Mantels sehr weich werden können, sofern nur die Korngröße genügend reduziert wird. Unter günstigen Bedingungen kann sich das Fließen direkt unter, zumindest aber in einem Bereich unter der Moho konzentrieren. Ein derartiges Verhalten steht in Übereinstimmung mit den Beobachtungen des Verhaltens der Dunite in der Ivrea-Zone sowie mit Interpretationen von seismischen Reflektoren des oberen Mantels.

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Résumé En utilisant les lois de fluage fournies par la littérature à propos des roches courantes de la croûte et du manteau supérieur, il est possible de construire des courbes montrant la variation de la rigidité des roches en fonction de la profondeur dans la lithosphére continentale, ceci pour un gradient géothermique déterminé et pour une superposition déterminée des divers types de roches dans la croûte. De telles recherches conduisent à la conclusion que des changements brusques de rigidité peuvent se produire aux interfaces pétrologiques majeures, telle la discontinuité Moho; ces interfaces apparaissent de la sorte comme des endroits favorables à la production de décollements subhorizontaux importants. Les lois de fluage utilisées sont généralement supposées s'appliquer à la déformation plastique d'une roche à microstructure constante.Les auteurs pensent que les déplacements tectoniques les plus significatifs des masses rocheuses s'opèrent le long de shear zones localisées, caractérisées par une forte réduction de la taille des grains. Cette conception est illustrée par la déformation des roches basiques et ultrabasiques de la partie inférieure de la zone d'Ivrée (Italie du Nord), considérée comme une coupe à travers une partie d'une ancienne croûte continentale profonde. Les calculs de la variation de la ductilité des roches en fonction de la profondeur devraient donc utiliser des lois de fluage qui tiennent compte des variations de rigidité résultant des modifications microstructurales induites par la déformation.Les auteurs ont utilisé les résultats d'études récentes relatives aux relations entre le fluage de l'olivine et sa granularité; ils ont appliqué ces données à l'estimation de la manière dont varie la ductilité en fonction de la déformation dans le manteau supérieur sub-continental, dont les roches résultent de la recristallisation dynamique. Il en concluent qu'après une période initiale de flux sous haute contrainte, certaines parties du manteau supérieur peuvent devenir très déformables si leur grain a été suffisamment réduit. Dans des circonstances favorables, le flux peut se concentrer immédiatement sous Moho, ou se répartir dans une zone située sous Moho. Un tel comportement est en accord avec celui des dunites de la zone d'Ivrée, ainsi qu'avec l'interprétation des réflecteurs sismiques du manteau supérieur.

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Geologic evolution of the westernmost part of the internal Betic zone (Betic Cordilleras,Southern Spain)

The Serranía de Ronda (western Betic Cordilleras, S-Spain) is formed by different tectonic units of the Betic internal domain. Stratigraphic correlations of the Permo-Triassic and Triassic sedimentary sequences imply that one part of the Mesozoic carbonates of the Rondaides (Dorsale bétique), namely the Cabrilla unit (Dorsale interne), is shearedoff from the frontal part of the Malaguides, and another part (Nieves unit, Dorsale externe) forms the Mesozoic cover of the alpujarride Casares unit. The first alpine compressional phases took place in the Paleogene; post-metamorphic movements followed in the time between the Upper Aquitanian and the Upper Tortonian. From geometrical considerations it can be concluded that the Malaguides originated paleogeographically from a more internal region than the Alpujarrides.

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Zusammenfassung Am Aufbau der Serranía de Ronda (westliche Betische Kordilleren, S-Spanien) nehmen verschiedene Einheiten der betischen Intemzonen teil. Stratigraphische Vergleiche der permotriadischen und triadischen Sedimentserien erlauben den Schluß, daß die mesozoischen Karbonate der Rondaiden (Dorsale bétique) zu einem Teil (Cabrilla-Einheit, Dorsale interne) von der frontalen Partie der Malagiden abglitten und zum anderen Teil (Nieves-Einheit, Dorsale externe) das abgescherte Mesozoikum der alpujarriden Casares-Einheit bilden. Die ersten alpinen Kompressionsphasen sind im Paleogen anzusetzen, da für mesozoische Deckenbewegungen beweiskräftige Argumente fehlen. Zwischen Oberaquitanian und Obertortonian fanden post-metamorphe Überschiebungen statt. Aus geometrischen Gründen wird angenommen, daß die Malagiden paläogeographisch internerer Herkunft sein müssen als die benachbarten Alpujarriden.

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Resumen La Serranía de Ronda (Cordilleras béticas occidentales, Prov. Málaga) está formado por diferentes unidades del conjunto bético interno. Correlaciones estratigráficas del Permo-Triásico y del Triásico de los diferentes unidades permiten la conclusión que los Rondáides (Dorsal bética) está por una parte (unidad de Cabrilla, Dorsal interna) el revestimiento mesozóico de la parte frontal de los mantos maláguides, y por otra parte (unidad de las Nievas, Dorsal externa) la parte mesozóica de la unidad alpujárride de Casares. Las primeras fases alpinas de compresión deben ser situadas en el Paleógeno. Las traslaciones post-metamórficas de mantos son de edad aquitaniense superior hasta pre-tortoniense superior. Con argumentación geométrica se puede concluir que los Maláguides son de un orígen paleográfico más interno que los Alpujárrides.

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Zur Sedimentologie eines arktischen Deltas (Colville Delta,Nordalaska)

Zusammenfassung Im August 1971 wurden vom Verfasser Feldarbeiten zur Sedimentologie des Colville Deltas, Alaska, durchgeführt. Aus subaquatischen Typlokalitäten wurden Probenkerne gezogen und auf Strukturen, Korngrößen und Mineralogie hin untersucht. Neben konventionellen Labormethoden kamen moderne elektronische Verfahren zum Einsatz (Röntgenradiographie, Röntgendiffraktometrie, Elektronenmikroskopie). Die Arbeiten sind Teil eines Programmes, dessen Gesamtleitung Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, hatte und das unterstützt wurde von: Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research.

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In August 1971, sedimentological field work was carried out by the author in the Colville River delta, Alaska. Short cores were taken from several deltaic environments and analyzed for structure and composition. Laboratory analysis included both conventional laboratory methods and modern electronic techniques (radiography, X-ray diffractometry, electron microscopy). The research reported is part of a program headed by Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, and was supported by the Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research.

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Résumé En auguste 1971 l'auteur a étudié sur le terrain la sédimentologie du delta de Colville (Alaska). On a prélevé des échantillons dans des profiles de divers environnements typiques; on en a examiné les structures et la composition par les méthodes traditionelles et électroniques (rayons X, radiographie et diffractométrie, microscope électronique). Ces investigations font partie d'un programme sous la direction du Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, subventionné par »Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research«.

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1971 . , . , . , - , . , . . H. J. Walker, Baton Rouge, USA Arctic Program, and Geography Programs, Office of Naval Research.

     

The global Frasnian-Famennian »Kellwasser Event«

During the UppermostP. gigas conodont zone (P. linguiformis zone) the stepwise Frasnian extinction culminates in the global transgressive-regressive Frasnian-Famennian »Kellwasser event«. Most pelagic organisms of the tropical marine environment are more or less affected by this mass extinction. During the early Upper Devonian extinction rates are clearly related to the deposition of black shales and the storage of a great amount of organic carbon in the (shelf) sediments. Contemporaneous positive excursions of the ¹³C recorded from pelagic limestones of Europe and Australia prove a worldwide change in the CO₂ content of the oceans surface water which is in balance with the atmosphere. If the climate is controlled by the CO₂ content of the atmosphere, a cyclic operation process might have developed with the succession: transgression — high organic production — deposition of organic carbon — lowering of CO₂ in the atmosphere — icehouse effect — polar glaciation — regression — erosion of organic carbon and re-supply of CO₂ to the ocean and atmosphere — greenhouse effect — deglaciation — transgression. During the change from a greenhouse to an icehouse effect an overturn of the anoxic oceans probably was one of the causes for the mass killing of low latitude marine organisms.

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Zusammenfassung Während der OberstenP. gigas-Zone (=P. linguiformis-Zone) kulminiert das stufenweise Erlöschen der Frasne Organismen im globalen transgressiv-regressiven »Kellwasser-Ereignis«, das die Frasne-Famenne-Grenze markiert. Die meisten Organismengruppen der tropischen Meere werden mehr oder weniger von dem Massensterben betroffen. Während des tiefen Oberdevons sind die Aussterberaten offensichtlich mit der Ablagerung von Schwarzschiefern verknüpft, in denen eine große Menge organischen Kohlenstoffs auf den Schelfen fixiert wird. Gleichzeitige positive Exkursionen der ¹³C-Kurven, die in pelagischen Kalken aus Europa und Australien gemessen wurden, deuten auf eine weltweite Änderung der CO₂-Gehalte des ozeanischen Oberflächenwassers und der Atmosphäre hin.Sollte das Klima vom CO₂ in der Atmosphäre gesteuert werden, könnte sich folgender Autozyklus entwickelt haben: Transgression — hohe organische Produktion — Ablagerung von organischem Kohlenstoff — Erniedrigung des CO₂-Gehaltes in der Atmosphäre — Abkühlung — polare Vereisung-Regression — Erosion und Oxidation von organischem Kohlenstoff — Erhöhung des CO₂-Gehaltes in der Atmosphäre — Treibhauseffekt — Abschmelzen der polaren Vereisung — Transgression. Aufsteigende anoxische Wässer beim Übergang vom Treibhaus- zum »Kühlhauseffekt« dürften eine der Ursachen für das Massensterben tropischer mariner Organismen gewesen sein.

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Résumé Au cours de la partie supérieure de la zone de conodontes àP. gigas (= zone àP. linguiformis), l'extinction progressive des organismes frasniens a culminé au moment de l'événement de Kellwasser, marqué par une transgression-régression globale à la limite Frasnien-Famennien. La plupart des organismes pélagiques des milieux marins tropicaux ont été affectés à des degrés divers par cette extinction de masse. Pendant le début du Dévonien supérieur, les taux d'extinction sont clairement en relation avec le dépôt de boues noires et le stockage d'une grande quantité de matière organique dans les sédiments de shelf. Simultanément, des variations positives de ¹³C enregistrées dans des calcaires pélagiques d'Europe et d'Australie indiquent un changement modial de la teneur en CO₂ de l'eau de surface des océans et de l'atmosphère.Si on admet que le climat est régi par la teneur en CO₂ de l'atmosphère, le processus cyclique suivant a pu se développer: transgression — forte production organique — dépôt de carbone organique — baisse de la teneur en CO₂ de l'atmosphère — refroidissement — glaciation polaire — régression — érosion et oxydation du carbone organique — élévation de la teneur en CO₂ de l'atmosphère — effet de serre — fusion des glaces polaires — transgression. Lors du passage du stade de l'effet de serre à celui du refroidissement, une remontée des eaux anoxiques océaniques peut être à l'origine de l'extinction de masse des organismes marins tropicaux.

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Methoden zur Abschätzung der Wärmeflußdichte aus dem oberen Mantel

Zusammenfassung Die an der Erdoberfläche gemessene Wärmeflußdichte kann mit Hilfe verschiedener Methoden soweit reduziert werden, daß Aussagen über die Größe der Wärmeflußdichte aus dem oberen Mantel möglich sind.Die lineare Beziehung zwischen Wärmeproduktion und Wärmeflußdichte innerhalb einer Wärmeflußprovinz ergibt den reduzierten Wert direkt, ohne Modelle zum Aufbau der Erdkruste benutzen zu müssen.Für kleinere Gebiete kann die Wärmeproduktion unter der Annahme ihrer exponentiellen Abnahme mit der Tiefe aus der Struktur der Erdkruste abgeschätzt werden, und das Integral der Verteilung der radiogenen Wärmeproduzenten über die Tiefe ergibt die in der Kruste generierte Wärmeflußdichte, die, vom Oberfläcbenwert subtrahiert, die Wärmeflußdichte aus dem oberen Mantel ergibt.Eine weitere Methode wird aus Korrelationen zwischen der Wärmeproduktion sowohl mit der Dichte als auch mit der Kompressionswellengeschwindigkeit abgeleitet. Die Korrelationen ergeben aus gravimetrischen und seismischen Modellen ein Modell der Wärmeproduktionsverteilung in der Kruste, aus deren Integral und der Oberflächen-Wärmeflußdichte der Wert aus dem oberen Mantel abgeschätzt wird.

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The heat flow, measured at the surface can be reduced with the help of various methods, so that conclusions are possible about the quantity from the upper mantle.The linear relationship between heat generation and heat flow within a heat flow province yields directly the reduced heat flow without models of the structure of the crust.The heat generation can also be estimated from the structure of the crust for small areals with the assumption of its exponential depletion with depth. The integral of the distribution of the radiogen heat sources and the thickness of the crust yields the heat flow generated in the crust, so that the heat flow from the upper mantle is deducable from the value at the surface by substraction the value generated in the crust.Another method is deduced from correlations between heat generation as well with the density as with the longitudinal velocity. A model of the distribution of heat generation in the crust results directly from gravity and seismic models by using those correlations. The integral of the distribution of the heat sources in the crust yields the heat flow from the upper mantle by subtraction the value of the integral from the surface value of the heat flow.

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Resume La densité du flux géothermique mesurée à la surface, peut être réduite à l'aide de différentes méthodes, de manière à pouvoir en déduire la grandeur du flux thermique du manteau supérieur.La relation linéaire entre la production thermique et le flux thermique, donne directement la valeur réduite, sans qu'il y ait besoin d'utiliser des modèles de structuraux de la croûte.Dans les régions locales, la production thermique, en admettant qu'elle diminue exponentiellement avec la profondeur, peut être évaluée approximativement à l'aide de la structure de la croûte; l'intégrale de la distribution en profondeur des producteurs de chaleur radiogènes y donne la densité du flux thermique engendré dans la croûte, qui, soustraite de la valeur à la surface, donne la densité du flux thermique du manteau supérieur.Une autre méthode s'obtient à l'aide de corrélations entre la production thermique due à la densité et celle due à la vitesse des ondes de compression. Les corrélations, obtenues à l'aide de modèles gravimétriques et sismiques, donnent un modèle de la distribution de la production thermique dans la croûte, dont l'intégrale d'une part et la densité du flux thermique à la surface d'autre part, permettent d'évaluer approximativement la valeur relative au manteau supérieur.

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Epeirogeny,orogeny and the tectonic development of the Kaapvaal basin,Southern Africa

The Kaapvaal intrageosyncline, one of the oldest cratonic basins of the Precambrian shield areas, offers an almost complete record of deposition and diastrophism that occurred between c. 1,4 and 3,0 Ga B.P. Its tectonic development started after the consolidation of the Early Archaean crustal structure when sequences such as the Pongola, Dominion Reef and Witwatersrand accumulated in a tectonically stable environment between c. 2,4 and 3,0 Ga B.P. This early epeirogenic or platformal stage was followed by a period of deposition of the Ventersdorp, Transvaal and Waterberg-Matsap sequences between c. 1,4 and 2,4 Ga B.P. Gravity-induced deformation which culminated in post-Matsap folding in the northern Cape and in post-Waterberg faulting in parts of the northern Transvaal and Botswana, affected portions of the basin situated close to the boundary of the craton with surrounding mobile belts. In Late Precambrian times the tectonic activity was either insignificant or it was again confined to the marginal zones of the craton (e. g. partial tectonic reactivation of the Lower Proterozoic sequences in the foreland of the Namaqua Mobile Belt between c. 0,9 and 1,25 Ga B.P.).Although the Kaapvaal basin represents an epeirogenic feature, the structure of its marginal parts displays some of the characteristics of orogenic belts (e. g. the linearity of fold structures in the Matsap synclinorium in the northern Cape and its uniform vergence towards the axis of the Waterberg-Matsap basin). However, the deformation of sequences in the Kaapvaal basin was not associated with magma generation, and the metamorphism operative in the basin during the Lower Proterozoic was only of burial type.The depositional and deformational history of the platform cover in the tectonically labile marginal zones of the Kaapvaal Craton is related to the tectonic evolution of the adjoining mobile belts. This can be shown by the example of the Namaqua Belt and its foreland in the northern Cape where continuity of certain geological units and tectonic structures exists across the front of the mobile belt. This continuity, together with the similar timing of the tectonic events in the mobile belt and on the craton, points to a common cause for the broad movements of uplift and subsidence on the craton, and for the profound deformation in restricted zones along its margin and in adjoining mobile belts.

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Zusammenfassung Die Kaapvaal-Intrageosynkline ist eines der ältesten bekannten kratonischen Becken, und ihre Entwicklungsgeschichte kann über einen Zeitraum von 1,6 Milliarden Jahren verfolgt werden.Das Becken entstand in einem früh-epigenetischen oder Plattform-Stadium, als die Pongola-, Dominion-Reef- und Witwatersrand-Schichten vor ca. 3,0 bis 2,4 Milliarden Jahren auf die konsolidierte frühpräkambrische Kruste abgelagert wurden. In einem weiteren Sedimentationszyklus folgten die Ventersdorp-, Transvaal- und Waterberg-Matsap-Schichten vor 2,4 bis 1,4 Milliarden Jahren. Gravitationsfaltung, die ihren Höhepunkt mit der Matsap-Deformation in der nördlichen Kapprovinz erreichte, und Störungsbewegungen im nördlichen Transvaal und in Botswana haben das Becken randlich im Grenzbereich zwischen Kraton und den umgebenden mobilen Zonen beeinflußt. Tektonische Bewegungen im Spätpräkambrium waren entweder unbedeutend oder sie spielten sich wiederum im Randbereich des Beckens ab (z. B. tektonische Rejuvenation von frühproterozoischen Gesteinen im Vorland des Namaqua-Mobile-Belt von ca 0,9 bis 1,25 Milliarden Jahren).Obwohl das Kaapvaal-Becken epirogenen Charakter aufweist, so zeigen doch die Strukturen in seinem Randbereich oft orogene Züge. Die Deformation im Beckeninneren war jedoch nicht von Magmaintrusionen begleitet, und während des Frühproterozoikums wurde die Beckenfüllung lediglich von einer geringen Versenkungsmetamorphose erfaßt.Die Sedimentations- und Deformationsgeschichte der Plattform-Serien im tektonisch labilen Randbereich des Kaapvaal-Kratons ist eng mit der strukturellen Entwicklung in den benachbarten mobilen Zonen verbunden. Dies wird am Beispiel des Namaqua-Mobile-Belt und seines Vorlandes in der nördlichen Kapprovinz gezeigt, wo bestimmte geologische Einheiten und Strukturen vom mobilen Bereich in den kratonischen Bereich verfolgt werden können. Diese Kontinuität und der zeitliche Zusammenhang zwischen Deformation immobile belt und auf dem Kraton deuten auf eine gemeinsame Ursache für die weitgespannten epirogenetischen Bewegungen im Beckenbereich und die orogene Tektonik am Rande des Kratons hin.Der Unterschied zwischen stabilen und mobilen Bereichen ist wahrscheinlich auf unterschiedliche Krustendicke und -stärke zurückzuführen, so daß die gleichen tektonischen (orogenen) Bewegungen einerseits zu alpinotypen Strukturen führen, während sie in starken (d. h. schon verfestigten) Krustenteilen germanotype Verformung und Epirogenese zur Folge haben. Orogene oder epirogene Bewegungen hängen daher entweder von verschiedenartiger tektonischer Beanspruchung benachbarter Krustenteile während eines bestimmten Zeitraumes ab, oder sie spiegeln fundamentale Veränderungen in einem bestimmten Krustenbereich im Laufe seiner Entwicklungsgeschichte wider.Ein Beispiel für den ersten Fall ist die in vorliegender Arbeit beschriebene unterschiedliche Entwicklung des Kaapvaal-Beckens und des benachbarten Namaqua-Mobile-Belt im Frühproterozoikum, während letzterer Fall durch die spätarchaische Kratonisierung des Kaapvaal-Grundgebirges und die nachfolgende Evolution der Kaapvaal-Plattform charakterisiert ist.

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Résumé Le Kaapvaal intragéosynclinal, un des plus vieux bassins cratoniques connus des boucliers précambriens, apporte un record presque complet de sédimentation et de diastrophisme qui apparut entre 1400 Ma et 3000 Ma. Son développement tectonique commença après la stabilisation tectonique de la croûte de l'Archéen moyen quand des séries telles que le Pongola, le Dominion Reef et le Witwatersrand se furent déposées dans un milieu tectoniquement stable entre 2400 Ma et 3000 Ma. Cette époque épéiro-génique précoce fut suivie par la période de sédimentation des séries du Ventersdorp, du Transvaal et du Waterberg-Matsap, entre 1400 Ma et 2400 Ma. Le plissement par gravitation qui culmina avec la déformation de Matsap dans le Nord de la province du Cap et par le décrochement post-Waterberg dans certaines parties du Nord du Transvaal et du Botswana, influença les parties du bassin placées en bordure entre le craton et les zones mobiles qui l'entouraient.L'activité tectonique entre 1400 Ma et 600 Ma fut ou insignifiquante ou à nouveau se limita aux parties marginales du craton (c'est à dire une réactivation tectonique partielle des séries du Protérozoïque inférieur dans l'avant-pays de la zone mobile du Namaqualand, entre 900 Ma et 1250 Ma).Bien que le bassin de Kaapvaal montre un caractère épirogénique, les structures des parties marginales montrent cependant quelques traits caractéristiques pour les ceintures orogéniques. La déformation des séries de l'intérieur du bassin du Kaapvaal ne fut cependant pas accompagnée d'intrusions magmatiques, et pendant le Protérozoïque ancien le comblement du bassin fut affecté seulement d'un léger métamorphisme d'enfouissement.L'histoire de la sédimentation et de la déformation des séries de plateforme dans le domaine marginal tectoniquement labile du craton du Kaapvaal est mis en relation avec l'évolution structurale des zones mobiles voisines. C'est ce que montre l'exemple du «Namaqua Mobile Belt» et de son avant-pays dans la province septentrionale du Cap où s'établit la continuité entre la zone mobile et le craton. Cette continuité, et aussi la liaison dans le temps entre la déformation dans la zone mobile et dans le craton, indiquent une cause commune pour les grands mouvements de soulèvement et de subsidence dans le domaine du bassin et pour la déformation profonde en bordure du craton.La différence entre les domaines stables et mobiles est à rapporter vraissemblablement à des épaisseurs et à des résistances différentes de la croûte, de sorte que les mêmes mouvements tectoniques (orogéniques) d'une part conduisent à des structures alpinotypes, tandis que d'autre part dans les parties de la croûtes suffisamment fortes (c'est-à-dire déjà consolidées) ils ont pour effet une déformation germanotype et une épirogenèse. Les mouvements orogéniques ou épirogéniques ou bien dépendent de sollicitations tectoniques de type différent entre parties de la croûte voisines pendant une durée déterminée, ou bien ils reflètent des modifications fondamentales dans un domaine déterminé de la croûte au cours de son développement historique.Un exemple du premier cas est donné par le développement différentiel, décrit dans le présent travail du bassin du Kaapvaal et de la Ceinture mobile du Namaque, voisine, au cours du Protérozoïque ancien, tandis que le dernier cas est donné par la cratonisation, à la fin de l'Archéen, du socle du Kaapvaal et par l'évolution de la plateforme du Kaapvaal qui l'a suivie.

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The geology of part of an orogenic belt in western Sierra Leone,West Africa

Zusammenfassung Die Sierra Leone unterteilt sich in zwei Haupteinheiten. Die östliche ist ein Teil des festen präkambrischen westafrikanischen Kratons und besteht aus hochgradig metamorphem Gestein und Granitgneisen. Die Strukturen verlaufen in vorherrschend NE-Richtung. Der westliche Teil enthält Elemente eines orogenen Gürtels, nämlich der Rokeliden, die entweder im späten Präkambrium oder frühen Paläozoikum entstanden sind und nach NNW streichen. Die Gesteinsserien, die den orogenen Gürtel bilden, setzen sich aus dem Kasila-System, einer unbenannten Gneisgruppe östlich davon, den Rokel River Series und den Marampa Schists zusammen. Die sich an das Kasila-System, umbenannt in Kasila-Gruppe, anschließenden Gneise und wahrscheinlich auch die Kasila-Gruppe selbst können mit dem Gestein des Kratons verglichen werden, sind jedoch während der Entstehung der Rokeliden neu überprägt worden. Sie bilden die Basis der Mulde, die Sedimente und vulkanisches Gestein aus den Rokel River Series und den Marampa Schists enthält. Die Rokel River Series sind neu benannt und unterteilen sich in die Rokel River Gruppe mit sechs Formationen und in die Taban Formation, die aus nach-orogener Molasse besteht. Die Marampa Schists sind neu benannt in Marampa Formation. Das Ausmaß der Metamorphose steigert sich über die Rokeliden nach WSW, und die Marampa Formation ist der am stärksten metamorphisierte Teil der geosynklinalen Ausfüllung.

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Sierra Leone is divisible into two major structural units. The eastern one is part of the stable Precambrian West African craton and consists of high grade metamorphic rocks and granitic gneisses. The foliation has a dominantly NE trend. The western unit contains the elements of an orogenic belt named the Rokelides, which formed in either late Precambrian or early Palaeozoic, and trends NNW. The rock groups which comprise the orogenic belt are the Kasila System, an unnamed group of gneisses on the east of it, the Rokel River Series and the Marampa Schists. The gneisses adjacent to the Kasila System, renamed Kasila Group, and also, probably, the Kasila Group can be correlated with rocks in the craton, but were refoliated during the Rokelide orogenesis. They constituted the basement to the geosyncline which contained sediments and volcanic rocks of the Rokel River Series and Marampa Schists. The Rokel River Series is renamed, and divided into Rokel River Group which contains six formations, and the Taban Formation which is post-orogenic molasse. The Marampa Schists are renamed the Marampa Formation. The intensity of metamorphism and deformation increases across the Rokelides towards the WSW and the Marampa Formation is the most highly metamorphosed part of the geosynclinal infilling.

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Résumé Le Sierra Leone peut se diviser en deux principales sections structurales. La section orientale fait partie du craton stable précambrien de l'Afrique occidentale, formé de roches métamorphiques de haute qualité et de gneiss de granit. La foliation a principalement une direction NE. La section occidentale contient les éléments d'une ceinture orogénique appelée les Rokelides qui ont été formées soit vers la fin de la période précambrienne, soit au début de la période paléozoique et en direction NNW. Les groupes rocheux qui comprennent la ceinture orogénique sont le Kasila System, un groupe de gneiss sans nom situé à son côté est, la Rokel River Series et les Marampa Schists. Les gneiss avoisinant le Kasila System, renommé Kasila Group et en toute probilité le Kasila Group également peuvent être rattachés aux roches du craton mais auraient été refoliés pendant l'orogenèse Rokelide. Ils ont formé la base du géosynclinal qui contient des sédiments et des roches volcaniques de la Rokel River Series et des Marampa Schists. La Rokel River Series a été renommée et divisée en Rokel River Group qui contient six formations et la Taban Formation qui est la mollasse post-orogénique. Les Marampa Schists ont été renommés la Marampa Formation. L'intensité du métamorphisme et de la déformation augmente vers WSW à travers les Rokelides, et la Marampa Formation est la partie la plus métamorphosée de l'accumulation géosynclinale.

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The micro-scale simulation of maturation: outline of a new technique and its potential applications

A micro-analytical technique has been developed for artifically maturing sedimentary organic matter and then quantifying the major components generated during this process in a single analytical step. Such a capability is well-suited for examining the compositional relationships between kerogens and petroleums, determining reaction kinetics and making precursor-product mass balances. According to this technique, simulations are made using sealed glass capillary tubes (heated here for three days at 300 °C, 330 °C and 350 °C). Pyrolysis products are then released directly into a combined thermovaporisation/pyrolysis-GC instrument and the major components of the entire C₁ yto C³⁵ range can be quantified in a single step using gas chromatography. Alkene yields are very low and pyrolysates are oil-like. This is exemplified by the fact that then–C₉–C₁₉ alkane distribution range of simulated whole petroleum chromatograms, from originally immatureGloeocapsamorpha-typz alginite A, resembles that seen in crude oils generated from this same kerogen type in nature. Sealed tube experiments usingBotryococcus type alginite A generated a »high wax« pyrolysate. The relative abundance ofn-alkanes in the C₂–C₃₂ range of many kerogen pyrolysates does not appear to change significantly despite an approximately fifteen-fold difference inn-alkane yield between the 300 °C and 350 °C experiments. Kerogens which are »paraffinic« oil-prone, and whose pyrolysates are very rich inn-alkanes might therefore generate petroleums in nature with a fixed wet gas (C₂-C₄) to oil (C₅+) ratio. Alginite B in a Greenland shale is much more thermally labile than eitherBotryococcus-type alginite A orGloeocapsamorpha-type alginite A. The mass balance capabilities of the technique have been tested using Alum Shale kerogen. Two gas chromatograms were obtained, one for the free compounds generated during simulation, and one for the high temperature pyrolysate of the kerogen residue, for each heating experiment. Precursor-product relationships were qualitatively assessed, and dead carbon formation was quantified in this exercise.

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Zusammenfassung Eine mikro-analytische Methode zur künstlichen Reifung sedimentärer organischer Substanz konnte entwickelt werden. Dabei werden die Hauptkomponenten, die während des Vorgangs freigesetzt werden, quantitativ erfaßt. Grundlagen dieser Methode sind Simulationen mit kapillaren Glasröhren, nach welchen die Pyrolyse-Produkte direkt in ein kombiniertes Thermovaporation/Pyrolyse-GC Instrument freigesetzt werden. Mit Hilfe der Gas-Chromatographie können in einem einzigen Schritt die Hauptkomponenten der gesamten C₁ bis C₃₅ Spannbreite quantitativ erfaßt werden. Kerogen-Typisierung und Abschätzung des Muttergesteinspotentials werden stark vereinfacht, wenn die Verhältnisse der Vorläufer-Produkte sorgfältig bestimmt und die chemisch-kinetischen Parameter für einzelne Komponenten, Komponentengruppen und/oder Siedepunktbereiche berechnet werden. Diese Anwendung stimmt mit Techniken im Makro-Bereich (z. B. Hydro-Pyrolyse) überein, aber die Vorteile der Annäherung im Mikro-Bereich liegen darin, daß geochemische Informationen schneller und bequemer gewonnen werden können und sehr kleine Probenmengen ausreichen. Ferner kann neben der Möglichkeit der singulären Anwendung die Annäherung im Mikro-Bereich dazu verwendet werden, Proben für detailierte und Labor-intensive Simulationen im Makro-Bereich effizient auszuwählen.

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Résumé Les auteurs présentent une technique micro-analytique qui comporte la maturation artificielle de la matière organique sédimentaire suivie du dosage des composants majeurs ainsi engendrés. Dans le cadre de ce procédé, on réalise des simulations dans des tubes capillaires en verre, après quoi les produits de la pyrolyse sont libérés directement dans un instrument combiné de thermovaporisation/hydrolyse-GC et les composants majeurs de la lignée complète C₁ à C₃₅ peuvent être dosés en une seule opération de Chromatographie en phase gazeuse. De cette manière, la caractérisation du kérogène et l'estimation du potentiel de la rochemère sont grandement facilitées dans la mesure où les relations des produits précurseurs sont soigneusement établies et où il est possible de calculer les paramètres chimico-cinétiques pour des composants isolés, pour des groupes de composants et/ou les domaines de température où se situent les points d'ébullition. Ces procedures sont en accord avec celles des techniques macroscopiques (p.ex l'hydro-pyrolyse), mais l'avantage de l'approche microanalytique réside dans le fait que les résultats géochimiques sont obtenus plus rapidement et plus aisément et qu'il est possible de traiter de très petits échantillons. Enfin, nonobstant ses avantages propres, l'approche micro-analytique peut être utilisée à la sélection d'échantillons destinés à des simulations détaillées et laborieuses à l'échelle macroscopique.

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50 Jahre Kontinentalverschiebungstheorie- von Wegener bis Runcorn

Zusammenfassung Die Geologische Vereinigung war das berufene Gremium, vor dem vor 50 JahrenAlfred Wegener zum ersten Male seine Gedanken zur Entstehung der Kontinente und Ozeane entwickelt hat. Auch die umfassende Diskussion anläßlich der Atlantis-Tagung 1939 galt diesem Thema. Im Gedenken an eine geniale Forscherpersönlichkeit erhebt sich die Frage, was nach einem halben Jahrhundert ausWegeners Idee geworden ist.

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A survey of the development ofWegeners Continental Drift Theory since the time of her creation is outlined. The theory was first offered 50 years ago.

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Résumé La Geologische Vereinigung fut l'assemblée devant laquelle, il y a 50 ans,Alfred Wegener a, pour la première fois, exposé ses idées sur la genèse des continents et océans. C'est là aussi que fut organisée une discussion générale sur le même sujet lors de la session sur l'Atlantique en 1939.En souvenir de la personnalité géniale de ce chercheur, on se doit de se demander ce que l'idée deWegener est devenue après un demi-siècle.

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Brittle-ductile Transition Zone in the Northern Bergell Alps

Along the northern contact of Bergell granite the style of deformation changes from ductile mylonites at high metamorphic grade (amphibolite facies) in the west (Val Bondasca) to brittle faulting at low grade (greenschist facies) in the east (Maloja). This transition is documented with large scale structural observations, petrofabric data and microstructure which suggest that faulting in the Margneta-Maloja-Casaccia region is related to emplacement of the Bergell granite, and not extending beyond Isola, rather than to a large-scale strike slip fault (Engadine Line).

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Zusammenfassung Entlang des nördlichen Kontaktes des Bergeller Granits ändert sich der Deformationsstil von plastisch verformten Myloniten (Amphibolitfazies) im Westen (Val Bondasca) zum spröden Bruch (Grünschieferfazies) im Osten (Maloja). Der Übergang wird mit großstrukturellen Beobachtungen, Gefügedaten und MikroStrukturen belegt die andeuten, daß Versetzungen in der Margneta-Maloja-Casaccia-Region mit der Platznahme des Bergeller Granits zusammenhängen und sich nur bis Isola erstrecken. Sie werden deshalb nicht mit großräumigen Transversalverschiebungen assoziiert (Engadiner Linie).

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Résumé Le long du contact septentrional du granite de Bergell, le style de la déformation change, depuis des mylonites ductiles à haut degré métamorphique dans l'Ouest (Val Bondasca) (facies amphibolite) jusqu'à une fracturation à degré de métamorphisme peu élevé (facies schiste vert) dans l'Est (Maloja). La transition est apportée par des observations de structures macroscopiques, de textures et de microstructures, qui suggèrent que les déplacements dans la région sont liés à l'emplacement du granite de Begell et finissent vers Isola. Ils ne sont donc pas associés à un système de failles transversales de grande extension (ligne de l'Engadine).

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Crenulation cleavage in the Hunsrückschiefer of the middle moselle region

A crenulation cleavage superimposed on an earlier (slaty-fracture) cleavage is widespread in the Hunsrückschiefer south of the Moselle. This second cleavage lies at about 30° to the earlier cleavage even though the first cleavage shows a wide range of attitudes. Field and thin section studies indicate that the different appearance of the two cleavages depends on the pre-existing fabric and does not necessarily reflect diverse modes of origin.

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Zusammenfassung Im Hunsrück-Schiefer der südlichen Mosel-Mulde kommen zwei Arten von Schiefergefügen vor, die erste Schieferung oder Transversalschieferung und die zweite Schieferung oder Schubklüftung. Obwohl die erste Schieferung sehr veränderliche Fälle zeigt, liegt die zweite Schieferung immer etwa 30° von der ersten. Gelände- und Dünnschliffuntersuchungen deuten an, daß die augenscheinlichen Unterschiede zwischen den beiden Schieferungen eine Folge der Unterschiede des bestehenden Gefüges ist und nicht ein Resultat verschiedenen Ursprungs.

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Résumé Un microplissement se surimpose fréquemment à une schistosité plus ancienne dans le Hunsruckschiefer au sud de la Moselle.Ce microplissement conserve un angle de 30° par rapport à la schistosité, même lorsque celle-ci est très variable.Les travaux de terrain et les études sur lames minces montrent que les différences entre ces deux natures de clivage résultent de la structure d'origine et ne reflètent pas nécessairement les influences génétiques subies par la roche.

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Stratigraphie und Fazies des Erzgebirgischen Kristallins im Rahmen des Mitteleuropäischen Varistikums

Zusammenfassung Es läßt sich zeigen, daß im erzgebirgischen Raum die jungalgonkische Serie des varistischen Sockels von der Petrofazies diskordant geschnitten wird. Im Bereich des erzgebirgischen Kristallins steigt die Amphibolitfazies beulenförmig bis an die Basis des varistischen Sedimenttroges auf. Mit diesem Aufstieg wird eine Granitbildung regionalen und lokalen Charakters als möglich in Verbindung gebracht.

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It can be demonstrated that the Upper Algonkian rocks of the Hercynian basement are disconformably cut by the petrofacies of the Erzgebirge. In the environment of crystallin rocks amphibolitic facies ascend to the bottom of the hercynian sedimentary trough. With this rise a granitisation of regional and locally restricted character might seem to be possible.

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Résumé On peut montrer que dans la région de l'Erzgebirge les couches de l'Algonkien supérieur du socle hercynien sont recoupées en discordance par le petrofacies. Dans le domaine du cristallin de l'Erzgebirge, le facies amphibolite a la forme d'un dûme atteignant la base de la fosse sédimentaire varisque. On croit pouvoir établir une relation entre la formation de granite à l'échelle régionale et locale et cette montée métamorphique.

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

Aluminium species distribution during mixing of acid coal and slate mine drainage with neutral stream waters

We measured the spatial variation of aluminium concentrations and computed its species distribution before and during mixing of acid mine drainage containing waters with near neutral receiving waters. Acid mine drainage was collected from the Loquitz Creek, Thuringia, Germany, and Garvey Creek, Westland, New Zealand, which drain slate mine workings and coal mine workings, resp. The acidneutralizing capacity (ANC) of the receiving streams and the mixing with waters having low Al-concentrations cause a decrease of aluminium concentrations below the confluence. Depending on volumes and ANCs involved, the content of free Al and sulphate bound Al decreases after mixing in favour of organic and hydroxide bound Al. In addition, below the junction of the Loquitz Creek and the Aue Creek with its high ANC, we observe the precipitation of aluminium hydroxides and Al hydroxysulphates.

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Zusammenfassung Wir haben die räumliche Änderung der Aluminiumkonzentrationen vor und nach der Mischung von Flußwasser, versauert durch Bergwerksabwässer, mit nahezu neutralem Wasser der Vorfluter gemessen und haben dazu die Speziesverteilung berechnet. Saure Bergwerksabwässer sickern aus Halden eines Schiefertagebaus in Thüringen in die Loquitz ebenso wie aus Halden eines Kohletagebaus in den Garvey Creek, Westland, Neuseeland. Die Säuren-Neutralisierungskapazität der Vorfluter und die Mischung mit Al-armem Wasser bewirken eine Abnahme der Aluminiumkonzentrationen nach dem Zusammenfluß. In Abhängigkeit von beteiligten Abflüssen und Säuren-Neutralisierungskapazitäten nimmt der Gehalt an freiem Aluminium und sulfatgebundenem Aluminium nach der Mischung zugunsten von organisch- und hydroxy-gebundenem Aluminium ab. Ferner beobachten wir unterhalb des Zusammenflusses von Loquitz und Aue, der eine hohe Säuren-Neutralisierungskapazität eigen ist, eine Ausfällung von Aluminiumhydroxyden und Aluminiumhydroxysulfaten.

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Résumé Nous avons mesuré la variation spatiale de la teneur en Al et calculé la distribution de ses différentes formes dans deux cours d'eau différents, qui reçoivent des eaux acides venant de mines situées sur leur cours. Ces mesures ont été faites d'une part sur le cours du Loquitz (Thuringe-Allemagne) qui reçoit des aux acides venant d'une mine d'ardoise et d'autre part sur le cours du Garvey (Westland - Nouvelle Zélande) qui reçoit les eaux d'une mine de charbon. Pour chaque cours d'eau, les mesures ont été faites en amont de la source d'apport, puis en aval, c'est-à-dire après le mélange avec les eaux acides. La capacité de neutralisation des acides (ANC) des eaux des cours d'eau récepteurs et la basse teneur en Al des eaux d'apport provoquent une diminution de la teneur en Al après le mélange. Dans une mesure liée aux volumes en jeu et à l'ANC, la teneur en Al libre et en Al lié au sulfate diminue près le mélange au profit de l'Al lié soit à des substances organiques, soit à des hydroxydes. De plus, en aval du confluent du Loquitz et de l'Aue, rivière à ANC élevé, nous observons la précipitation d'hydroxydes d'Al et d'hydroxisulfates d'Al.

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Benthonische Foraminiferen aus der Unterkreide des »Deep Sea Drilling Project« (Leg 1–79)

Zusammenfassung In den DSDP-Legs 1, 11, 13, 17, 25, 27, 32, 36, 41, 43, 44, 50 und 62 wurden die Unterkreide-Foraminiferen biostratigraphisch, taxonomisch und paläoökologisch bearbeitet. Eine Übersicht zeigt die in Leg 1–80 erbohrte Unterkreide und ihre Foraminiferen-Bearbeitungen.Im Nordatlantik fehlen regional ab dem Oberen Tithonium im Verlaufe einer Regression und der sie begleitenden Schichtlücken bis in das Valanginium charakteristische Foraminiferenfaunen. In Gebieten ohne Schwarzschiefer-Bedingungen setzen im Valanginium-Barremium mäßig reichhaltige bis sehr spärliche Mikrofaunen mitPraedorothia ouachensis (Sigal) der gleichnamigen Zone ein (Valanginium-Hauterivium). Hauterivium-Aptium gliedern sich in dieGavelinella barremiana-, dieGaudryina dividens- und dieConorotalites aptiensis- Zone.Wo im Albium nicht das ausgedehnte Schwarzschiefer-Milieu herrschte, findet man eine kosmopolitische Fauna aus agglutinierten und kalkschaligen Foraminiferen derPseudoclavulina gaultina- Zone. Für das höhere Albium und Cenomanium wurde dieGavelinella cenomanica- Zone ausgeschieden. Von biostratigraphischer Bedeutung sind im Berriasium-Albium die GattungenPraedorothia, Gaudryina, Pseudoclavulina, von den Kalkschalern nur wenige skulptierte Arten der Nodosariiden (Citharina, Lenticulina) sowieGavelinella, Conorotalites, Pleurostomella, Valvulineria undOsangularia. Die vonMoullade (1984) begründeten Zonen vom Berriasium-Albium der Tethys und des DSDP sind wegen der großen stratigraphischen Reichweite der verwendeten Foraminiferenarten nicht überall anwendbar.Im Indischen Ozean lassen die wenigen, bisher bekannten »australen« Foraminiferenfunde aus dem Neokom von Site 261 mit überwiegend primitiven agglutinierenden Formen eine genaue Datierung kaum zu. Die Kalkschaler sind meist aufgelöst oder auch umgelagert. Man ordnet sie dem Bereich des kühleren Wassers zu.Im Pazifischen Ozean sind die meisten Mikrofaunen wegen der geringen Kerngewinne, Verunreinigungen oder primärer Foraminiferenarmut (Schwarzschiefer) biostratigraphisch und paläoökologisch kaum verwertbar. Erst im Albium findet sich — wie im Atlantik — eine etwas reichhaltigere Kalk- und Sandschalerfauna mit wichtigen Arten derPseudoclavulina gaultina- Zone. Da außerGavelinella cenomanica (Brotzen) keine andere benthonische Foraminiferenart neu einsetzt, wird die Grenze zum Cenomanium in der Regel mit planktonischen Foraminiferen gezogen.Im Albium fallen die einheitlichen, kosmopolitischen Foraminiferenfaunen ohne ausgeprägte Faunenprovinzen auf.

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From the DSDP Legs 1, 11, 13, 17, 25, 27, 32, 36, 41, 43, 44, 50, and 62 the Lower Cretaceous foraminifers have been investigated for biostratigraphical, taxonomical, and palaeoecological purposes. An overview of the cored Lower Cretaceous sections of Leg 1–80 is given.In the Northern Atlantic Ocean characteristic foraminiferal faunas are missing from the Upper Tithonian to the Valanginian due to a marked regression which caused hiatuses. In areas without black shale conditions Valanginian to Barremian medium rich to poor microfaunas withPraedorothia ouachensis (Sigal) of thePraedorothia ouachensis Zone (Valanginian-Hauterivian). The Hauterivian-Aptian interval is characterized by zones ofGavelinella barremiana,Gaudryina dividens, andConorotalites aptiensis. During the Albian a world-wide fauna consisting of agglutinated and calcareous foraminifers of thePseudoclavulina gaultina Zone is established in areas lacking the wide-spread black-shale conditions. The Upper Albian and the Cenomanian are represented by theGavelinella cenomanica Zone. Some ornamented species of the nodosariids (Citharina, Lenticulina), Gavelinella, Conorotalites, Pleurostomella, Valvulineria, andOsangularia are of some importance for the biostratigraphy of the Berriasian-Albian interval. The Berriasian to Albian zones introduced for the Tethys and the DSDP byMoullade (1984) could only be of some local importance due to the long stratigraphical range of the foraminiferal species used.In the Indian Ocean an exact stratigraphical age cannot be assigned to the few Neocomian foraminiferal faunas of a cooler sea water (Site 261). These faunas mainly contain primitive agglutinated foraminifers, because in most cases the calcareous tests are dissolved or redeposited.In the Pacific Ocean most of the Berriasian to Aptian microfaunas are of minor biostratigraphical and palaeoecological importance for reasons of poor core recoveries, contaminations or original foraminiferal poverty (black shales). Since the Albian there are somewhat higher-diverse faunas of calcareous and agglutinated foraminifers with index species of thePseudoclavulina gaultina Zone. As a rule, the boundary Albian/Cenomanian is set by means of planktonic foraminifers because no other foraminifer has its first appearance datum during this interval, exceptGavelinella cenomanica.During the Albian very uniform, world-wide foraminiferal faunas without a marked provincialism are obvious.

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Résumé Dans les Legs DSDP 1, 11, 13, 17, 25, 27, 32, 36, 41, 43, 44, 50 et 62, les foraminifères du Crétacé inférieur ont été étudiés aux points de vue biostratigraphique, taxonomique et paléoécologique. La note présente une vue d'ensemble de la section d'âge crétacé inférieur du Leg 1–80.Dans l'Atlantique nord, les faunes caractéristiques de foraminifères sont absentes depuis le Tithonique supérieur jusqu'au Valanginien, en raison d'une régression importante et des lacunes qui en résultent. Dans les régions dépourvues de milieux à shales noirs, on rencontre une microfaune, pauvre à moyennement riche, valanginienne à barrémienne, àPraedorothia ouachensis (Sigal), appartenant à la Zone àPraedorothia ouachensis. L'intervalle Hauterivien-Aptien est caractérisé par les Zones àGavelinella barremiana, Gaudryina dividens et Conorotalites aptiensis. Au cours de l'Albien une faune d'extension mondiale de foraminifères agglutinés et calcaires appartenant à la Zone àPseudoclavu-lina gaultina, s'est établie dans les aires où ne règnaient pas les conditions de formation de shales noirs. L'Albien supérieur et le Cénomanien sont représentés par la Zone àGavelinella cenomanica. Dans l'intervalle Berriasien-Albien, un rôle biostratigraphique de quelque importance est joué par quelques espèces de Nodosariides à coquilles ornementées (Citharina, Lenticulina) ainsi queGavelinella, Conorotalites, Pleurostomella, Valvulineria et Osangularia. Les zones établies parMoullade (1984) pour le Berriasien-Albien de la Téthys et du DSDP ne sont pas partout utilisables, en raison de l'extension verticale trop grande des foraminifères utilisés.Dans l'Océan Indien, un âge exact ne peut être assigné aux faunes de foraminifères néocomiennes considérées jusqu'ici comme «australes» (site 261): ces faunes renferment surtout des formes agglutinées primitives, car les tests calcaires ont été généralement dissous ou remaniés.Dans l'Océan Pacifique, la plupart des microfaunes berriasiennes à aptiennes sont de faible intérêt biostratigraphique et paléo-écologique, en raison des mauvais rendements des carottes, de contaminations ou de leur pauvreté originelle (facies des shales noirs). A partir de l'Albien, on trouve une faune plus diversifiée de foraminifères agglutinés et calcaires, comportant des espèces caractéristiques de la Zone àPseudoclavulina gaultina. Comme d'ordinaire, la limite Albiencénomanien est définie par les foraminifères planctoniques, aucun autre foraminifère n'apparaissant dans cet intervalle, saufGavelinella cenomanica.A l'Albien, la faune de foraminifères est uniforme à l'échelle mondiale, sans distinction de provinces.

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, 1, 11, 13, 17, 25, 27, 32, 36, 41, 43, 44, 50 62 DSDP, , . , 1–80 . . , , - Praedorothia ouachensis (Sigal) — . : Gavelinella barremiana, Gaudryina dividens Conorotalites aptiensis,, , , Pseudoclavulina gaultina. Gavelinella ni. - Praedorothia, Gaudryina, Pseudoclavulina, (Citharina, Lenticulina), Gavelinella, Conorotalites, Pleurostomella, Valvulineria Osangularia. , moullade (1984) - , .. , , . .: 261, , «», . . , . , . . , - - , , ( ). , , , Pseudoclavulina gaultina. T. . Gavelinella ni (brotzen) , , , . .

     

Über Hiatus-Konkretionen (dargestellt an Beispielen aus dem Lias)

Zusammenfassung Als Hiatus-Konkretionen werden Kalk-Konkretionen aus dem nord- und süddeutschen Lias (Domerien) beschrieben, welche ein durch Sedimentationsunterbrechungen bedingtes mehrphasiges Wachstum erkennen lassen oder durch das Zusammenwachsen verschieden alter, durch Diskontinuitätsflächen getrennter Konkretionen entstanden sind.Der Hiatus wird dadurch bewiesen, daß die frühdiagenetisch im Sediment gebildeten Konkretionen ausgewaschen, korrodiert, angebohrt oder von Austern, Serpuliden, Bryozoen oder anderen sessilen Organismen besiedelt wurden. Nach erneuter Einbettung setzt die Konkretionsbildung wieder ein, wobei sich die jüngeren Toneisensteine um die älteren, die ihnen als Ansatzstellen dienten, herum gebildet haben.

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Calcareous concretions from the middle Lias (Domerian) of Northern and Southern Germany revealing growth in several phases conditioned by interruptions of sedimentation or by coalescence of concretions of different age are called Hiatus Concretions. The hiatuses are proved by the fact that these concretions, which were formed in the sediment by early diagenetic processes, were washed out and are corroded or bored on the surface and encrusted by oysters, serpulids, bryozoans or other sessile benthonic organisms.After a new beginning of sedimentation the growth of the concretions started again. By this process the younger concretions included the older ones which often were the starting point for a new generation of concretions.In section the ancient surfaces with incrusting shells can be observed.

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Résumé Des concrétions de CaCO₃ du lias moyen (Domérien) de l'Allemagne du Nord et de Sud laissant reconnaître une croissance en plusieurs phases conditionnées par des interruptions de la sédimentation ou qui sont formées par une fusion des concrétions separées par des surfaces de discontinuité sont appelées des «concrétions à hiatus».Le hiatus est reconnu par le fait que les concrétions formées dans le sédiment pendant la première phase d'une diagénèse sont erodées, corrodées, envahies par des organismes perforants, ou recouvertes en partie par des Huîtres, Serpulides, Bryozoaires ou autres animaux sessiles. Après une sédimentation nouvelle la croissance des concrétions s'est poursuivie. Les concrétions nouvelles ont enveloppées les anciennes qui leur ont servi de noyaux. On peut observer sur les sections des surfaces de discontinuité marquées par des organismes encroûtants.

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