A novel ozone sensor for direct eddy flux measurements

A small, lightweight (1.5 kg) and fast-response ozone sensor for direct eddy flux measurements has been built. The basis for detection is the chemiluminescence of an organic dye adsorbed on dry silica gel in the reaction with ozone. The chemiluminescence is monitored with a cheap and small blue-sensitive photomultiplier. At a flow rate of 100 l min^-1 the ozone sensor has a 90% response time of significantly better than 0.1 s with a detection limit lower than 50 ppt at S/N=3. There are no interferences from other atmospheric trace gases like NO_x, H₂O₂ and PAN. Water vapour and SO₂ enhance the chemiluminescence efficiency of the ozone sensor. Since their response times are 22 seconds and 30 minutes, respectively, no correlation between rapid ozone fluctuations and those of these two trace gases is noticed by the ozone sensor when operating at a frequency of 10 Hz.The ozone sensor was tested for several weeks in continuous measurements of ozone fluxes and deposition velocities over different croplands using the eddy correlation technique. Good agreement was found between ozone dry deposition velocities derived from profile measurements and by eddy correlation.     

Zu den Temperaturmessergebnissen des «Rocket Grenade»-Unternehmens

Zusammenfassung Auf der Basis der Nullschichtkonzeption wurde ein Schema der allgemeinen Zirkulation der außertropischen Breiten bis über 60 km Höhe aufgestellt. Die Temperaturmeßergebnisse, die beim Rocket-Grenade-Unternehmen in Fort Churchill, Canada, erzielt wurden, werden diskutiert im Hinblick auf dieses Zirkulationsschema. Sie stehen mit ihm in völliger Übereinstimmung; außerdem zeigen sie, daß die Zirkulation der außertropischen Breiten auch in der Stratosphäre eine thermischindirekte ist, wie das genannte Zirkulationsschema es angibt.

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Summary In a precedent paper (this Review, Vol 44, 257, 1959) was made a report about the three kinds of Null layers which, by means of empirical-statistical and theoretical investigations, have been found in the atmosphere. The Null layer of the first kind (N ₁ ), connected with a wind maximum and the Null layer of the second kind (N ₂ ), connected with a wind minimum, reverse the large scale vertical movement, but do not change the direction of the wind. In the improper Null layer (N ₃ ) connected with a layer of calm, the vertical movement is also zero. There occurs however no reversal of vertical movement, rather a reversal of wind direction.When the positions of the three Null layers in the atmosphere have been determined, a scheme of the general circulation of the extra-tropical latitudes can be set up. The non-gradient movement of mass of the three Null layers as mentioned in the quoted paper is connected with thermally-indirect circulation. An extension of this scheme to include the tropics requires deeper investigation into the role of the extreme layers of wind with thermally-direct circulation. AN ₁ lies in the upper troposphere, aN ₂ in winter at about a height of 20 km, aN ₃ in summer at about a height of 20 km, aN ₁ (winter: west wind maximum, summer: east wind maximum) at about a height of 55 km.The results of the measurements of temperature from the Rocket Grenade Experiments (Fort Churchill, Canada), and especially the striking point of intersection of the winter and summer temperature curves at a height of 60 km, have been found to agrees with the derived results of the circulation scheme. Thus it also follows that the extra-tropical circulation in the stratosphere is thermally-indirect.

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Der Aufsatz enthält einige Ergebnisse, die in einem von US Department of Army, European Research Office, unter Kontrakt Nr. DA-91-591-EUC-1295 (OI-4152-60) unterstützten Forschungsprojekt gewonnen wurden.     

Nullschichteffekt und allgemeine Zirkulation

Zusammenfassung In der Nullschicht, die identisch ist mit der Schicht des hochtroposphärischen Windmaximums, kehren sich im Mittel die großräumigen Vertikalbewegungen um und herrschen die stärksten ageostrophischen Windkomponenten zum hohen Druck hin. Diese übergradientischen Winde in der Nullschicht können zur Erklärung der thermisch-indirekten Zirkulation der planetarischen Westwinddrift herangezogen werden. Ein echtes persistentes Windminimum hat ebenfalls Nullschichtcharakter mit ageotrophischem Massenfluß zum tiefen Druck hin (Nullschicht 2. Art mit negativem Nullschichteffekt). Eine persistente Schicht mit verschwindendem horizontalen Druckgradienten kann vielleicht als Nullschicht 3. Art bezeichnet werden, die keinen Nullschichteffekt aufweist. Sie kehrt die großräumigen Vertikalbewegungen nicht direkt um, sondern trennt übereinanderliegende Bereiche mit voneinander unabhängiger Vertikalbewegung. Alle drei Arten von Nullschichten sind im Zusammenhang mit der allgemeinen Zirkulation von großer Bedeutung.

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Summary The null layer (Nullschicht), identical with the layer of maximum wind in the upper troposphere, inverts the large scale vertical motions in the atmosphere. The lifting motion in a high reaching low pressure system ends in the null layer, whereas ascending motion above the null layer exists — and vice versa in a high pressure system. The null layer is the domain of the maximum of non-gradientic mass flow from low to high pressure (null layer effect). Applied to the theory of the general circulation of the atmosphere the null layer effect explains the mass flow aloft from the polar zones to the subtropic latitudes, demanded by almost all hypotheses of the general circulation. —It can be shown that a persistent layer of minimum winds has to be a null layer; a persistent layer of minimum winds represents a null layer of 2nd kind, which inverts the vertical motions too; but in this case the non-gradientic mass flow is directed from high to low pressure. There are evidences for the existence of a null layer of 3rd kind with calm and no mass flow between high and low pressure and no vertical motion. This null layer of third kind separates two atmospheric regions with vertical motions independent from each other. All three kinds of null layers have great importance with regard to the general circulation of the atmosphere.

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Der Aufsatz enthält einige Ergebnisse, die in einem vom US Department of Army, European Research Office unter Kontrakt Nr. DA/91/508/EUC/387 unterstützten Forschungsprojekt gewonnen wurden.     

Das Debye-Scherrer-Diagramm des rhombischen Schwefels

Ohne Zusammenfassung     

Sedimentpetrographische und mineralogische Untersuchungen an glaukonitführenden Kreidegesteinen Bayerns

Zusammenfassung Der Lösungsrückstand glaukonitführender Gesteine des bayerischen Helvetikums und der Regensburger Oberkreide enthÄlt Glaukonit der 1-M-Glimmermodifikation in den Glaukonitkörnern und in der Feintonfraktion < 2 Ø. Die einige zehntel- gro\en Glaukonitglimmer sind in den helvetischen Gesteinen als unregelmÄ\ig oder hexagonal begrenzte BlÄttchen ausgebildet, in den OberpfÄlzer Gesteinen als unregelmÄ\ig begrenzte oder leistenförmige Kristallite. Bei den helvetischen Gesteinen ist der Glaukonitglimmer in den Körnern und in der Feintonfraktion mit Chlorit (± Montmorillonit), in den oberpfÄlzischen Gesteinen dagegen mit Montmorillonit vergesellschaftet. Die Assoziation Glaukonit/Chlorit oder Glaukonit/Montmorillonit dürfte durch unterschiedliche marine Fazies bedingt sein. Es fehlt eine Korrelation zwischen dem diagenetisch gebildeten Dolomit und dem Chloritgehalt der Gesteine. Die Morphologie der Glaukonitkörner in allen helvetischen Gesteinen und im Regensburger Grünsandstein deutet auf eine authigene Bildung der Körner, dagegen sind im turonen Regensburger Glaukonitmergel die Körner abgerollt.

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The residue of glauconite-bearing rocks from the Bavarian Helvetic zone and the Upper Cretaceous of Regensburg contains glauconitic mica of the 1 M mica-type in the glauconite pellets as well as in the clay fraction < 2 Ø. The glauconite mica of the helvetic rocks are developed as irregular or hexagonaly shaped flakes, those from the rocks of the Upper Palatinate are irregular or form ledges. In the helvetic rocks the glauconitic mica of the fraction < 2 is associated with chlorite (± montmorillonite), in the rocks of the Upper Palatinate on the contrary only montmorillonite could be detected besides glauconitic mica. The association glauconite/chlorite or glauconite/ montmorillonite may be caused by differing marine facia. There is no correlation between dolomite formed by diagenesis and content of chlorite in the rocks. The morphology of the glauconite pellets in all Helvetic rocks and in the Grünsand from Regensburg indicates an authigenic formation of the pellets, whereas the pellets of the Turonic glauconitic marl from Regensburg are rounded by transport.

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Résumé Le résidu de dissolution des roches glauconieuses provenant de l'Helvétien bavarois et du Crétacé supérieur de Ratisbonne contient des micas glauconieux de la modification micacée 1 M dans les grains de glaucome et dans la fraction < 2 Ø. Les micas glauconieux de quelques dizaines de des roches de l'Helvétien ont des contours irréguliers ou des silhouettes hexagonales, tandis que les roches glauconieuses du Haut Palatinat ont des micas irréguliers ou montrent des agrégats de mica de forme plus allongée. Dans les roches helvétiques, le mica glauconieux est associé dans les grains de glauconie et dans la fraction < 2 Ø avec de la chlorite (± montmorillonite); dans les roches du Haut Palatinat au contraire, il est associé avec de la montmorillonite. L'association glauconite/chlorite ou glauconita/montmorillonite semble Être due à des différences de faciés marin. Il n'existe pas de corrélation entre la dolomie d'origine diagénétique et la teneur en chlorite des roches. La morphologie des grains de glauconie dans les roches helvétiques et dans les grès verts de Ratisbonne démontre une formation authigène des grains; par contre les grains des marnes à glauconie turoniennes de Ratisbonne sont arrondis.

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Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danken wir für die Unterstützung der Arbeit durch eine Sachbeihilfe. Herrn Dr. W.Schmitt vom Institut für Technische Chemie der TU München verdanken wir die Erlaubnis zur Benutzung des Elektronenmikroskopes. Die Herren Dr. J.Kröger, Dr. M.Freimoser und Dr. A.Buchner stellten uns dankenswerterweise Probenmaterial zur Verfügung.     

Nullschichteffekt und Frontalzonen

Zusammenfassung In früheren Untersuchungen wurde etwa 1 km unterhalb der Tropopause eine Schicht gefunden, in der im Mittel die Vertikalbewegungen in hochreichenden Druckgebilden Null sind (Nullschicht). Diese Nullschicht erweist sich als der Hauptsitz des vom Tief zum Hoch erfolgenden ageostrophischen Massenflusses, der als primär gegenüber den druckausgleichenden Vorgängen in der Grundschicht angesehen werden muß. Setzt man als Arbeitshypothese die Stärke dieses Massenflusses zum Hoch (Nullschichteffekt) proportional zum horizontalen Druckgradienten an, so läßt sich hieraus die Existenz der Nullschicht folgern, ihre etwas unterhalb der Tropopause gelegene Höhe sowie die Drängung der Isohypsen in den Frontalzonen. Der Nullschichteffekt als aktiver Vorgang liefert weiter eine Erklärung für die Aufrechterhaltung der drei atmosphärischen Systeme Hoch/Tief, Frontalzone und planetarische Westdrift. Er stellt die erforderliche Wärmepumpe für diese drei nach dem Prinzip der Kältemaschine wirkenden atmosphärischen Systeme dar; sein Zustandekommen ist noch ungeklärt.Die Methode der Verwendung der mittleren interdiurnen Temperaturänderungen, mit der die Nullschicht gefunden wurde, liefert ein Schema der vertikalen und ageostrophisch-horizontalen Zirkulation in einer Frontalzone. Nach diesem entspricht die Dynamik einer Frontalzone völlig der eines Paares hochreichender Hoch- und Tiefdruckgebiete.

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Summary In several earlier papers a layer 1000 meters below the tropopause was discussed where vertical motion in high reaching pressure formations averages zero (zero layer). The zero layer proves to be the principal region of ageostrophic mass flow from Low to High that is to be considered primary in relation to pressure levelling processes in the ground layer. Assuming, as a working hypothesis, that the strength of that mass flow towards the High (zero layer effect) is proportional to the horizontal pressure gradient, it is possible to conclude hereof the existence of a zero layer, its height slightly below the tropopause, and the concentration of contour lines in the frontal zones. The zero layer effect as an active process also furnishes an explanation for the maintenance of the three atmospherical systems: High/Low, frontal zone, and planetary west drift. It provides the necessary heat pump for these three atmospherical systems acting in accordance with the principle of a refrigerating machine. Its origin is still unknown.The method of utilizing mean interdiurnal changes of temperature, by which the zero layer was found, provides a vertical and ageostrophic-horizontal circulation pattern in a frontal zone. Accordingly, the dynamics of a frontal zone corresponds perfectly to that of a couple of high-reaching high and low pressure areas.

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Résumé Des recherches antérieures ont démontré l'existence d'une couche atmosphérique située à environ 1 km au-dessous de la tropopause dans laquelle les mouvements verticaux sont en moyenne nuls (couche neutre). Cette couche serait le siège principal du flux de masse non géostrophique dirigé de l'aire de basse pression vers celle de haute pression et que l'on doit considérer comme primaire par rapport aux échanges de pression dans la couche de base. Si l'on admet que l'intensité de ce flux de masse est proportionnelle au gradient horizontal de pression, on en peut déduire l'existence de la couche à mouvement vertical nul (couche neutre), son altitude un peu inférieure à celle de la tropopause ainsi que le resserrement des isohypses dans les zones frontales. L'existence de cette couche neutre explique en outre le maintien des trois systèmes fondamentaux de l'atmosphère: centres de basse et de haute pression, zones frontales et courant planétaire d'Ouest. Il constitue la pompe à chaleur de ces systèmes atmosphériques fonctionnant selon le principe de la machine frigorifique; son origine n'est pas encore expliquée.L'usage des varaitions interdiurnes moyennes de température qui a conduit à la découverte de la couche neutre en question fournit un schéma des circulations verticales et horizontales non géostrophiques dans une zone frontale d'après lequel la dynamique d'une telle zone correspond exactement à celle d'un couple d'aires de basse et de haute pression atteignant la haute atmosphère.

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Mit 12 Textabbildungen.     

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

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

α-Emitting mineral inclusions in apatite, their effect on (U-Th)/He ages, and how to reduce it

U-Th rich mineral inclusions in apatite are often held responsible for erroneously old (U-Th)/He ages, because they produce “parentless” He. Three aspects associated with this problem are discussed here. First, simple dimensional considerations indicate that for small mineral inclusions, the parentless helium problem might not be as serious as generally thought. For example, a mineral inclusion that is 10% the length, width and height of its host apatite needs to be a thousand times more concentrated in U and Th to produce an equal amount of He. Therefore, single isolated inclusions smaller than a few μm are unlikely to contribute significant helium. For larger or more abundant inclusions, the parentless helium problem can be solved by dissolution of the apatite and its inclusions in hot HF. Second, besides creating parentless helium, inclusions also complicate α-ejection corrections. Mathematical exploration of this latter problem for spherical geometries reveals that for randomly distributed inclusions, the probability distribution of single-grain ages is predicted to have a sharp mode at the mean age, with tails towards younger and older ages. Multiple-grain measurements will yield accurate and precise age estimates if 10 or more randomly distributed α-emitting mineral inclusions are present in a sample. Third, thermal modeling indicates that mineral inclusions have a non-trivial but minor (<5 °C) effect on the closure temperature. These predictions were tested on apatites from rapidly cooled migmatites of Naxos (Greece) which contain abundant U-rich zircon inclusions. Thirty-seven samples were subjected to two kinds of treatment. The “pooled” age (i.e., the synthetic multi-grain age computed from a number of single-grain analyses) of four inclusion-free samples (13 apatites), prepared in HNO₃ is 10.9 Ma, close to apatite and zircon fission-track ages from the same rock. (U-Th)/He ages of 14 inclusion-bearing samples dissolved in HNO₃ range between 9 and 45 Ma, with a pooled age of 22.6 Ma. The ages of 19 HF-treated samples range between 5 and 16 Ma, with 10 of 14 single-grain samples between 9 and 13 Ma and a pooled age of 10.9 Ma. These observations agree with the theoretical predictions and support the addition of HF-treated apatite (U-Th)/He dating to the thermochronological toolbox.