Infrared transmission by water vapour

Summary Values of infrared transmission by water vapour are required in order to prepare radiation charts, to establish electronic computer programs for flux calculations, to permit deduction of stratospheric vapour concentrations from infrared observations and to facilitate the interpretation of infrared satellite data. In this paper, approaches involving the extensive use of spectroscopic (and theoretically derived) parameters are explored fully and their limitations indicated. The central problem in the use of the random model for the water vapour spectrum is the choice of a suitable unit of spectral interval. This choice involves the testing of line positions for a random distribution, the combination or separation of closely-adjacent lines and the assessment of the effects of a variable band envelope. Techniques suitable for these purposes are developed. In the spectral region between bands, one must consider the background or continuous absorption due to distant but strong lines. Appropriate methods of doing this are presented. In this case, in particular, the calculation of flux transmission for non-homogeneous atmospheric slabs presents special problems, which are considered here.

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Zusammenfassung Für die Konstruktion von Strahlungsdiagrammen, die Erstellung von Programmen für die Berechnung von Strahlungsstr?men mittels elektronischer Rechenmaschinen, für die Ermittlung von Wasserdampfkonzentrationen in der Stratosph?re durch Infrarotbeobachtungen und für die Auswertung von Strahlungsdaten, die von Satelliten gewonnen werden, sind genaue Angaben über die langwellige Transmission des Wasserdampfes erforderlich. In der vorliegenden Arbeit wird der Versuch unternommen, durch umfassenden Gebrauch von spektroskopischen (und auch theoretischen) Parametern diese Aufgabe zu l?sen, wobei, auch die Grenzen der Methode aufgezeigt werden. Das Kernproblem bei der Verwendung eines Zufallsmodells des Wasserdampfspektrums ist die Wahl einer geeigneten Einheit für die Spektralintervalle. Dies bedeutet eine überprüfung der Lage der Absorptionslinien im Hinblick auf eine Zufallsverteilung, die Vereinigung oder Trennung benachbarter Spektrallinien und die Beurteilung der Frage, inwieweit die Wahl verschiedener Einhüllender der Spektralbanden das Ergebnis beeinflu?t. Es wurden dafür geeignete Methoden entwickelt. In den Spektralbereichen zwischen den Banden mu? auch der Betrag der kontinuierlichen Absorption, hervorgerufen durch die auseinanderliegenden, aber starken Linien in Rechnung gestellt werden. In diesem Fall ergibt sich das besondere Problem, die Strahlungsstr?me für nicht homogene Atmosph?renschichten zu berechnen.

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Résumé Il est indispensable de posséder des données exactes de la transmission pour les longues ondes dans la vapeur d'eau pour l'étude des domaines suivants: construction de diagrammes du rayonnement, programmation pour le calcul des flux de rayonnements par des calculatrices électroniques, calcul du taux de vapeur d'eau dans la stratosphère par des observations dans l'infra-rouge, dépouillement des données du rayonnement fournies par les satellites artificiels. Le présent travail est un essai de solution de ce problème au moyen de paramètres spectroscopiques et théoriques; on y indique cependant aussi les limites utiles de la méthode. Lors de l'utilisation d'un modèle aléatoire du spectre de la vapeur d'eau, le problème crucial est le choix d'une unité adéquate pour la mesure des intervalles spectraux. Cela implique l'examen de la position des lignes d'absorption en rapport avec la répartition aléatoire, la réunion ou la séparation de lignes spectrales rapprochées et l'appréciation de la mesure dans laquelle le résultat est influencé par le choix des différentes enveloppantes des bandes spectrales. On a développé des méthodes appropriées à ce but. La valeur de l'absorption continue, provoquée par des lignes distinctes, mais fortement marquées doit également être prise en considération dans l'espace compris entre les bandes du spectre. Dans ce cas, il se pose un problème particulier: celui du calcul des flux de rayonnement pour des couches atmosphériques inhomogènes.

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With 4 Figures

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Published by permission of the Director, Meteorological Branch, Department of Transport, Canada, and dedicated toDr. W. M?rikofer on the occasion of his 70th birthday.     

Der Pyroxentuff vom Heilsberg im Hegau

Zusammenfassung Das Tuffvorkommen vom Heilsberg bei Gottmadingen im Hegau wurde neu kartiert und mineralogisch untersucht. Die Korngrößenverteilung zeigt ein deutliches Maximum bei 0,6–1,2 mm. Der Tuff besteht aus 40% magmatogenem Material und 60% Bestandteilen des durchschlagenen Untergrundes. Die magmatogenen Komponenten sind 17% Einzehnineralien, 10% Grundmasse und 13 % Auswürflinge. Unter den Einzelmineralien wiegt der Pyroxen (Fassait) vor, daneben kommen Amphibol, Biotit und Magnetit, ferner Apatit und Analcim sowie einige seltenere Mineralien vor. Für Pyroxen, Amphibol, Biotit und Magnetit werden chemische Analyse und optische Eigenschaften mitgeteilt. Die größte Menge der magmatogenen Auswürflinge sind kugelförmige Lapilli, die hinsichtlich ihrer Entstehung genauer untersucht und chemisch analysiert wurden. Seltener sind grobkristalline, dunkle und belle Bomben, deren Mineralgehalt und chemische Zusammonsetzung genauer beschrieben werden. Sic stellen wahrscheinlich Differentiate des Heilsbergmagmas dar. Die ehemals glasige, magmatogene Grundmasse des Tuffs liegt heute als ein Gemenge von Montmorillonit und Calcit vor.Aus den nichtmagmatogenen Bestandteilen kann auf den Untergrund im Bereich des Heilsbergvulkans geschlossen werden. Aus dem Deckgebirge wurden Tertiär, Mahn, Dogger, Jura, Keuper und Muschelkalk nachgewiesen. Das Grund-gebirge besteht hauptsächlich aus granodioritischen bis granitischen Gesteinen und enthält auffallenderweise nur wenig Gneise. Der Herd der Eruption dürfte mindestens 4000 m tief liegen.Der Chemismus des Heilsbergmagmas ist hornblenditisch. Es ist dem Magma der Melilithite verwandt und leitet zu den Phonolithen des Hegau über. Das Gestein ist als hornblenditischer Pyroxen-Analcim-Tuff zu bezeichnen.Zwei unabhängige Bestimmungen nach der K-Ar-Methode ergaben für den Biotit des Tuffs ein obermiozänes Alter von 14,0 bzw. 14,5 Mill. Jahren.Mit 2 Textabbildungen     

Identification of chlorite and chlorite-related minerals in sediments

A scheme is presented for the identification and classification of chlorite and related minerals in sediments which is mainly based on X-ray characteristics of the orginal sample and the sample heated at 350°C and treated with K⁺ and with glycerol. Examples are given. It is emphasized that additional data about clay mineral genesis, electron microscopy, infrared spectroscopy and chemical analyses are needed for the ordening of a certain mineral in the proposed scheme. Many names of minerals so far found to occur in the clay separate of sediments proved to be synonymous (52 of a total of 88) and thus should be abandoned. They only give confusion and needlessly increase the many difficulties which already exist in the identification, classification and quantitative determination of this complicated group of minerals of about 36 well defined specimens which may be found in sediments.     

Eine Deutung der D-Schicht-Winter-Anomalie und des “Berliner Phänomens”

Zusammenfassung Die bisher ungeklärte Winter-Anomalie der D-Schicht sowie die explosionsartigen Erwärmungen der Hochstratosphäre im Winter können durch Staubpartikel interplanetaren Ursprungs (Meteorströme) hervorgerufen werden. Eine Anlagerung von Elektronen an die Staubteilchen in der Exosphäre bewirkt das Einfangen der kleinsten Partikel durch das erdmagnetische Feld und verhindert so ihr Verglühen in der Ionosphäre. Durch Sedimentation und turbulente Diffusion gelangt der Meteorstaub bis in die Ozonosphäre, wo er oxydiert wird und so eine plötzliche Wärmeentwicklung zur Folge hat. Die angelagerten Elektronen exosphärischen Ursprungs können bei zeitgerechter Photoablösung elektromagnetische Wellen dämpfen und so die Winter-Anomalie der D-Schicht hervorrufen.

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Summary The winter-anomaly of the ionospheric D-region for which no sufficient explanation existed up to now, as well as the explosive warming of the high stratosphere in wintertime are possibly caused by dust particles of inter-planetary origin (meteoric showers). The attachment of electrons on the dust particles in the exosphere causes the magnetic field of the earth to catch the smallest particles and so they do not evaporate in the ionosphere. By sedimentation and turbulent diffusion the meteoric dust reaches the ozonosphere where it is oxidized, which is followed by a sudden development of heat. After photo-detachment in due time the formerly attached electrons of exospheric origin are able to damp electro-magnetic waves and by this they cause the winter-anomaly of the D-region.

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Résumé L'anomalie de la couche D — inexplicable jusqu'ici — ainsi que les hausses prodigieusement rapides de la température de la haute stratosphère, deux phénomènes particuliers de l'hiver, peuvent être provoquées par des particules de poussière d'origine interplanétaire (courants de météorites). Des électrons adhérant, dans l'exosphère, aux grains de poussière permettent l'entraînement des plus petites particules par le champ magnétique terrestre et empèchent ainsi leur désintégration dans l'ionosphère. Par sédimentation et diffusion turbulente, la poussière cosmique parvient ensuite jusque dans l'ozonosphère où elle est oxydée. Il en résulte alors un dégagement subit de chaleur. Les électrons d'origine exosphérique adhérant à la poussière cosmique peuvent atténuer, s'ils s'en détachent en temps opportun sous l'effet du rayonnement solaire, les ondes électromagnétiques et provoquer ainsi l'anomalie d'hiver de la couche D.

     

Measurements of radio noise at 0.700 mc and 2.200 mc from a high-altitude rocket probe

Radio noise observations at frequencies of 0·700 Mc and 2·200 Mc were made at altitudes between 3000 and 11,000 km from a Blue Scout Jr. high-altitude rocket probe on 30 July 1963. A steady background flux of (7·5₋₃⁺⁶) × 10⁻¹⁹ W m⁻²)(c/s)⁻¹ at 0·700 Mc and (1·8^+1.0_−0.5 × 10⁻¹⁹ W m⁻² (c/s)⁻¹ at 2·200 Mc was observed. Assuming a galactic origin of the observed fluxes at both frequencies, the averaged sky brightnesses are b(0·700 Mc) = (6₋₃⁺⁵) × 10⁻²⁰ W m⁻² (c/s)⁻¹ sr⁻¹b(2·200 Mc) = (1.4^+1.0_−0.5 × 10⁻²⁰ W m⁻² (c/s)⁻¹ sr⁻¹ The observed brightness at 2·200 Mc is in reasonable agreement with the results of other observers. The apparent brightness at 0·700 Mc is, however, greater than was expected from previous observations. An alternative source of the 0·700 Mc flux in the terrestrial exosphere, as well as characteristics of several noise bursts observed during the flight, is briefly discussed.     

Models of the Southern Oscillation in the 300–100 mb layer and the basis of seasonal forecasting

Summary The geometry of the principal Upper High (near the Indian Occean) in the 300–100 mb layer appears to account for the Southern Oscillation (S.O.), and models of its behaviour are presented. Significant features of these models include the equatorial points of upper convergence (C) and divergence (D), a pressure discontinuity (CNDS) forming «arcs» and an «enclosure» around the high, and, lastly, encircling «crescents» both outside and inside the enclosure. The geography of the seasonal sucession can thus—in a qualitative manner—be interpreted in the light of known wind and contour patterns near the tropopause. With a few general principles, the established empirical rules of long-range forecasting then follow by deduction. The models and the terminology are useful likewise in the interpretation of solar-terrestrial relations and of climatic fluctuations.     

Petrogenesis of Glaucophane Schists

Some glaucophane schists are chemically indistinguishable fromgreenschists and epidote amphibolites. Provided all three rocktypes represent equilibrium assemblages, they must have formedunder differing physical conditions. The mineralogy of suchglaucophane schists taken in conjunction with experimental evidencesuggests that these rocks formed at low temperatures and atrelatively elevated pressures. The relatively high-pressure,low-temperature phases lawsonite, jadeitic pyroxene, and metamorphicaragonite are diagnostic of physical conditions attending thismetamorphism. Differential stress may aid in the attainmentof the appropriate mean pressure necessary for the productionof these phases. Graphic analysis and approximated thermodynamic calculationsindicate that relatively elevated pressures, or relatively lowtemperatures, or both, promote the formation of glaucophanein rocks of a wide range of bulk compositions while restrictingthe compositional range of albite-bearing rocks. It is concludedthat the coexistence of glaucophane with carbonate, calcium-aluminumsilicate or paragonite results from such physical conditions,and it is on the basis of these associations or, equally well,the presence of lawsonite, jadeitic pyroxene, or metamorphicaragonite that the blueschist facies should be defined. High pressures are not required for the production of glaucophaneitself. It is stable under physical conditions present in thegreenschist and epidote amphibolite facies in rocks deficientin CaO and rich in Na₂O and MgO relative to A1₂O₃. Such bulkcompositions might result from exchange of material betweenserpentinite and albite-bearing country rocks, and could accountfor glaucophane aureoles around, and inclusions of glaucophanerock within, some serpentinites.     

Melting Relationships in the System CaO-MgO-CO2-H2O, with Petrological Applications

Phase relationships on the vapor-saturated liquidus surfacein the system CaO-MgO-CO₂-H₂O have been deduced from data inthe systems CaO CO₂-H₂O, CaO-MgO-CO₂, and MgO-CO₂-H₂O, and frompreliminary experiments in the quaternary system. These areillustrated in composition tetrahedra, and in isobaric sectionsthrough the petrogenetic model. The univariant PT curve forthe beginning of melting lies between 625? C and 600? C in thepressure range 10 bars to 4 kilobars, in the presence of a vaporphase rich in H₂O. The curve is divided into three sectionsby two invariant points, each section having a different primarymagnesian phase involved in the melting reaction. Periclaseoccurs on the low-pressure section (less than about 1 kilobar),and with increasing pressure first brucite and then dolomitebecome stable on the liquidus. The pressure of the second invariantpoint, above which dolomite is stable on the liquidus, is notknown. The effect of FeO as an additional component is considered.Processes of crystallization resulting from changes in temperature,in pressure, and in the composition of the vapor phase are discussed.These processes are applied to the crystallization and differentiationof carbonatite magmas, and the reverse processes involving fusionare applied to the metamorphism of dolomites. Crystallizationdifferentiation of a carbonatite magma could produce the sequenceof intrusion observed at some carbonatite complexes: calcitics?vite, followed by ankeritic s?vite, and finally sideriticcarbonatite. Partial melting may occur during the thermal metamorphismof dolomites, but melting is unlikely during regional metamorphism.     

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