A komatiite component in Apollo 16 highland breccias: implications for the nickel-cobalt systematics and bulk composition of the moon

The lunar crust at the Apollo 16 landing site contains substantial amounts of a “primitive component” in which the ferromagnesian group of elements is concentrated. The composition of this component can be retrieved via an analysis of mixing relationships displayed by lunar breccias. It is found to be a komatiite which is compositionally similar to terrestrial komatiites both in major and minor elements. The komatiite component of the lunar crust is believed to have formed by extensive degrees of melting of the lunar interior at depths greater than were involved in the formation of the lunar magma ocean which was parental to the crust. After formation of the anorthositic crust, it was invaded by extensive flows and intrusions of komatiite magma from these deeper source regions. The komatiites became intimately mixed with the anorthosite by intensive meteoroid impacts about 4.5 b.y. ago, thereby accounting for the observed mixing relationships displayed by the crust. The compositional similarity between lunar and terrestrial komatiites strongly implies a corresponding similarity between the compositions of their source regions in the lunar interior and the Earth's upper mantle. The composition of the lunar interior can be modelled more specifically by combining the komatiite composition with its liquidus olivine composition (as determined experimentally) in proportions chosen so as to produce a cosmochemically acceptable range of Mg/Si ratios for the bulk Moon. Except for higher FeO and lower Na₂O, the range of compositions thereby obtained for the bulk moon is very similar to the composition of the Earth's upper mantle.The effects of meteoritic contamination on the abundances of cobalt and nickel in lunar highland breccias were subtracted on the assumption that the contaminating projectiles were chondritic. The cobalt and nickel residuals thereby obtained were found to correlate strongly with the (Mg + Fe) content of the breccias, demonstrating that the Co and Ni are associated with the ferromagnesian component of the breccias and are genuinely indigenous to the Moon. The lunar highland Co and Ni residuals also display striking Ni/Co versus Ni correlations which follow a similar trend to those displayed by terrestrial basalts, picrites and komatiites. The lunar trends provide further decisive evidence of the indigenous nature of the Co and Ni residuals and suggest the operation of extensive fractionation controlled by olivine-liquid equilibria in producing the primitive component of the lunar breccias. Indigenous nickel abundances at the Apollo 14, 15 and 17 sites are much lower than at the Apollo 16 site, although rocks from all sites follow the same Ni/Co versus Ni trends. It is suggested that the primitive component at the Apollo 14, 15 and 17 sites was generally of basaltic composition, in contrast to the komatiitic nature of the Apollo 16 primitive component.     

Grain boundary diffusion of Si, Mg, and O in enstatite reaction rims: a SIMS study using isotopically doped reactants

Diffusion-controlled growth rates of polycrystalline enstatite reaction rims between forsterite and quartz were determined at 1,000 °C and 1 GPa in presence of traces of water. Iron-free, pure synthetic forsterite with normal oxygen and silicon isotopic compositions and quartz extremely enriched in ¹⁸O and ²⁹Si were used as reactants. The relative mobility of ¹⁸O and ²⁹Si in reactants and rims were determined by SIMS step scanning. The morphology of the rim shows that enstatite grows by a direct replacement of forsterite. Rim growth is modelled within a mass-conserving reference frame that implies advancement of reaction fronts from the initial forsterite-quartz interface in both directions. The isotopic compositions at the two reaction interfaces are controlled by the partial reactions Mg₂SiO₄=0.5 Mg₂Si₂O₆+MgO at the forsterite-enstatite, and MgO+SiO₂=0.5 Mg₂Si₂O₆ at the enstatite-quartz interface, implying that grain boundary diffusion of MgO is rate-controlling. Isotopic profiles show no silicon exchange across the propagating reaction interfaces. This propagation, controlled by MgO diffusion, is faster than the homogenisation of Si by self-diffusion behind the advancing fronts. From this, and using % MathType!MTEF!2!1!+- % feaaeaart1ev0aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamiramaaDa % aaleaacaWGtbGaamyAaiaacYcacaWGfbGaamOBaaqaaiaadAfacaWG % VbGaamiBaaaaaaa!3DD2! D_Si,En^VolD_{Si,En}^{Vol} at dry conditions from the literature, results a % MathType!MTEF!2!1!+- % feaaeaart1ev0aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGabmirayaafa % Waa0baaSqaaiaadofacaWGPbGaaiilaiaadweacaWGUbaabaaaaOGa % eqiTdqgaaa!3CCD! D￠_Si,En dD'_{Si,En}^{} \delta value of 3᎒^-24 m³ s^-1 at 1,000 °C. The isotopic profiles for oxygen are more complex. They are interpreted as an interplay between the propagation of the interfaces, the homogenisation of the isotope concentrations by grain boundary self-diffusion of O within the rim, and the isotope exchange across the enstatite-quartz interface, which was open to ¹⁸O influx from quartz. Because of overlapping diffusion processes, boundary conditions are unstable and D´_Ox,En' cannot be quantified. Using measured rim growth rates, the grain boundary diffusivity D´_MgO' of MgO in iron-free enstatite is 8᎒^-22 m³ s^-1 at 1,000 °C and 1 GPa. Experiments with San Carlos olivine (fo₉₂) as reactant reveal lower rates by a factor of about 4. Our results show that isotope tracers in rim growth experiments allow identification of the actual interface reactions, recognition of the rate-controlling component and further calculation of D´' values for specific components.     

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.