A quantum-mechanical study of the (110) surface of sphalerite (ZnS) and its interaction with Pb<Superscript>2+</Superscript> species

 The structure of the (110) surface of sphalerite has been studied using mainly quantum-mechanical (QM) methods. The experimentally observed puckering of the surface is well reproduced by periodic plane wave density functional calculations. Water adsorption on this surface is modelled using this QM approach and is used to judge the accuracy of less computationally demanding cluster methods. A cluster model, thus validated, is used to study the possible modes of interaction of Pb²⁺ ions with the (110) surface. It is found that adsorption of hydrated PbO and PbOH⁺ is energetically feasible and leads to Pb–O distances compatible with REFLEXAFS data. Received: 22 April 2002 / Accepted: 23 October 2002 Acknowledgements We thank EPSRC for support of this research.     

The relationships between low-grade metasedimentary Belts,calc-alkaline volcanism and the Pan-African orogeny in N.W.Nigeria

The rocks of the Maru and Anka regions of northwestern Nigeria comprise a polycyclic, migmatite-gneiss, basement sequence with an infolded cover of low grade metasediments. Both basement and cover are intruded by a suite of syn-tectonic to latetectonic granites and granodiorites.Evidence from contrasting lithologies and geochronological data suggest that at least three depositional cycles may be represented in the Anka and Maru Belts of low-grade metasediments. An attempt is made to correlate these three cycles with the Kibaran (c. 1100 m. y.) and Pan-African (c. 550 m. y.) events.Structural similarities between the two belts are explained by continued reactivation of Kibaran basement structures during Pan-African times.Calc-alkaline volcanics of late Pan-African age are restricted to the Anka Belt. Recent work shows that volcanism in the Anka Belt is not all of late-orogenic type: a volcano-sedimentary pile, containing possible crystal tuff units, being intruded by acid-intermediate dykes and sills, and deformed during the Pan-African event. Syenitic plutonism restricted to the Maru Belt is shown to be post-tectonic.The recognition of a significant Kibaran event in the basement of northwestern Nigeria is in accord with workers who record a similar event in other parts of the Nigerian basement and in the Precambrian basements of Mali and the Ahaggar.

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Zusammenfassung Die Gesteine der Maru- und Anka-Region im nordwestlichen Nigeria umfassen eine Grundgebirgsserie mit Migmatit-Gneisen, in die eine schwach metamorphe Metasedimentserie eingefaltet ist. Beide Serien werden von synbis spättektonischen Graniten und Granodioriten durchdrungen.Aus der abweichenden Lithologie und den Altersdatierungen folgt, da mindestens 3 sedimentäre Zyklen in den Metasedimenten von Anka und Maru vorliegen. Es wird versucht, diese 3 Zyklen mit der Kibaran (ca. 1100 m. y.) und der Pan African Orogenese (ca. 550 m. y.) zu korrelieren.Strukturelle Ähnlichkeiten zwischen den beiden Regionen erklären sich aus einer Reaktivierung des Kibaran-Grundgebirges während der Pan-African-Orogenese.Kalkalkali-Vulkanite von Pan-African-Alter sind auf die Anka-Region beschränkt. Der Vulkanismus der Anka-Region ist nicht nur von einer spätorogenen Phase geprägt, es liegen vielmehr vulkano-sedimentäre Serien vor, die von sauren bis intermediären Gängen durchdrungen werden, die wiederum von der Pan-African Orogenese erfaßt werden. Ein syemitischer Plutonismus ist auf die Maru-Region beschränkt und dort als posttektonisch anzusehen.Das Auftreten einer Kibaran-Orogenese im Grundgebirge von NW-Nigeria steht im Einklang mit Beobachtungen aus anderen Teilen Nigerias, Malis und Ahaggars.

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Résumé Les roches des régions de Maru et d'Anka du nord-ouest de la Nigérie comprennent une série de socle polycyclique avec gneiss migmatitiques, au sein de laquelle une couverture de métasédiments faiblement métamorphiques est impliquée par plissement. Socle et couverture sont recoupés par une série d'intrusions granitiques et granodioritiques, snytectoniques á tardi-tectoniques.Le contraste des lithologies et les données géochronologiques permettent de penser qu'au moins 3 périodes de dépôt pourraient être représentées parmi les métasédiments peu métamorphiques de la région de Maru et d'Anka. Un essai est tenté de corréler ces 3 cycles avec de Kibarien (c. 1100 M.) et le Panafricain (c. 550 M.).On peut expliquer les ressemblances structurales entre les deux zones par une réactivation des structures du socle kibarien pendant l'époque panafricaine.Les volcanites cale-alcalines du Panafricain tardif se limitent à la zone d'Anka. Les travaux récents montrent que le volcanisme de la zone d'Anka n'est pas du tout d'un type orogénique tardif; il s'agit d'en ensemble volcano-sédimentaire pouvant renfermer des tuffs cristalins, récoupé par des filons et des sills acides à intermédiaires, et déformé au cours du Panafricain. Le plutonisme syénitique confiné à la zone de Maru apparaît comme post-tectonique.L'enregistrement d'un évènement kibarien dans le socle du nord-ouest de la Nigérie est en accord avec les résultats des recherches mentionnant un évènement semblable dans d'autres parties du socle nigérien et dans les socles précambriens du Mali et d'Ahaggar.

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Geochemistry of calc-alkaline volcanics in northwestern Nigeria,and a possible Pan-African suture zone

Major and trace element characteristics of dacites and rhyolites overlying and intruding basement rocks in northwestern Nigeria most closely resemble those of intracontinental orogenic volcanic associations. REE patterns point to a deep-seated source for the magmas, perhaps involving garnet fractionation at mantle depths and low-pressure plagioclase fractionation. The occurrence of calc-alkaline volcanics, small basic-ultrabasic complexes and major transcurrent faulting, is consistent with the presence of a Pan-African suture zone in northwestern Nigeria.     

Petrology of Hualalai volcano,Hawaii: Implication for mantle composition

Hualalai is one of five volcanoes whose eruptions built the island of Hawaii. The historic 1800–1801 flows and the analyzed prehistoric flows exposed at the surface are alkalic basalts except for a trachyte cone and flow at Puu Waawaa and a trachyte maar deposit near Waha Pele. The 1800–1801 eruption produced two flows: the upper Kaupulehu flow and the lower Huehue flow. The analyzed lavas of the two 1800–1801 flows are geochemically identical with the exception of a few samples from the toe of the Huehue flow that appear to be derived from a separate magmatic batch. The analyzed prehistoric basalts are nearly identical to the 1800–1801 flows but include some lavas that have undergone considerable shallow crystal fractionation. The least fractionated alkalic basalts from Hualalai are in equilibrium with mantle olivine (Fo₈₇) indicating that the Hawaiian mantle source region is not unusually iron-rich. The 1800–1801 and analyzed prehistoric basalts can be generated by about 5–10% partial fusion of a garnet-bearing source relatively enriched in the light-rare-earths. The mantle underlying the Hawaiian Islands is chemically and mineralogically heterogeneous before and after extraction of the magmas that make up the volcanoes.     

Stratigraphy and geology of the welded air-fall tuffs of Pantelleria,Italy

The island of Pantelleria (Channel of Sicily) is well known in the geological literature for its persodic silicic rocks. A succession of welded tuffs previously identified as ignimbrites (the deposits of pyroclastic flows) are now recognized to be airfall deposits for the following reasons: (1) mantle bedding and deposition on steep slopes, (2) internal stratification and distinguishable fall units, (3) non-welded equivalents have depositional and grain size characteristics of air-fall ejecta.Stratigraphic relations of seven welded tuffs have been determined together with two plinian pumice fall deposits, one of which is locally welded in part. Another eight welded tuffs have been identified but are not correlated with the stratigraphy. Two of the welded tuffs mantle the entire island and demonstrate that large areas (ca. 100 km²) can be covered by welded air-fall ejecta.Compaction profiles of some of the welded air-fall tuffs show systematic changes in bulk density, prosity and strain ratio with height, and are broadly similar to simple cooling units of ignimbrites. However, others are characterized by significant fluctuations from this general trend and profiles are irregular. These differences are attributed to vertical variations in the stratified air-fall ejecta and may be one way of distinguishing the mechanism of emplacement of older welded tuffs in the geological record.Several of the welded air-fall tuffs are rheomorphic, that is they show evidence of secondary mass flowage during welding. The peralkaline composition of the welded tuffs favour both welding and rheomorphism.

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Zusammenfassung Die Insel Pantelleria im Mittelmeer ist in der geologischen Literatur wegen ihrer Na-Si-Vulkanite bekannt geworden. Eine Abfolge von Tuffen, die ursprünglich als Ignimbrite identifiziert worden sind, werden nun als Aschefall gedeutet. Die Gründe hierfür liegen in einer mantelartigen Ablagerung auf steilen Hängen, in einer internen Schichtung und unterscheidbaren Einheiten einzelner Aschefälle und in einer charakteristischen Kornform, wie sie in Aschefällen auftritt.Es sind 7 Aschefallagen mit 2 plinianischen Schlacken-Ablagerungen stratigraphisch festgelegt worden; 8 weitere Aschefallagen konnten stratigraphisch nicht korreliert werden. 2 der Aschefallagen umhüllen die gesamte Insel und zeigen, daß große Gebiete von etwa 100 Quadratkilometern durch dieses Auswurfmaterial bedeckt werden können.In einzelnen Profilen kann man einen systematischen Wechsel in Dichte, Porosität und Beanspruchung in Abhängigkeit von der Mächtigkeit der Lagen erkennen. Diese Erscheinungen sind sehr ähnlich wie die, die in Abkühlungseinheiten von Ignimbriten beobachtet werden können. Von diesen Regermäßigkeiten gibt es allerdings auch bedeutende Abweichungen, die auf Unterschiede in der Schichtung der Aschefälle zurückgeführt werden können. Dies mag ein Hinweis auf die Art der Ablagerung in Tuff-Abfolgen der geologischen Überlieferung sein.Mehrere dieser Aschefallagen sind durch Fließstrukturen überprägt, die einen Massentransport nach der Ablagerung zeigen. Die Alkalische Zusammensetzung der Tuffe begünstigt sowohl Verschmelzen als auch sekundäre Fließbewegungen.

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Résumé Lîle de Pantellaria (Détroit de Sicile) est bien connue dans la littérature géologique pour ses roches siliciques persodiques. Une succession de tuffs cimentés, autrefois identifiés comme ignimbrites (les dépôts de coulées pyroclastiques) est aujourd'hui reconnue comme des dépôts résultant d'une chute à l'air libre, et ce, pour les raisons suivantes: 1) dépôt sur de fortes pentes, 2) stratification interne avec possibilité de distinguer des unités de précipitation, 3) dans les équivalents non soudés, caractéristiques propres, quant au dépôt et à la granularité, des produits tombant à l'air libre.Les relations stratigraphiques de sept tuffs soudés ont été déterminées en même temps que deux dépôts de ponce plinienne, dont l'une est localement soudée par parties. Un autre groupe de huit tuffs soudés a été identifié, mais n'a pas été corrélé dans la stratigraphie. Deux d'entre eux recouvrent l'île toute entière et démontrent que de grandes étendues (environ 100 km²) peuvent être recouvertes par ces émissions aériennes soudées.Les profils de compaction de certains de ces tuffs soudés montrent des changements systématiques dans leur densité, leur porosité et leur coefficient mécanique lié à leur hauteur, et sont, dans les grandes lignes, semblables aux unités ignimbritiques résultant du refroidissement. Cependant d'autres sont caractérisé par des fluctuations notables à partir de cette allure générale, et des profils sont irréguliers. Ces différences sont attribuées à des variations, suivant la verticale, dans les produits stratifiés, et peuvent constituer un moyen de distinguer le mécanisme de mise en place de tuffs soudés plus anciens dans la série géologique.Plusieurs de ces tuffs soudés, émis à l'air libre, sont rhéomorphiques, autrement dit ils montrent des écoulements en masse, secondaires, au cours du processus de soudure. La composition peralcaline des tuffs soudés favorise à la fois leur soudure et leur réomorphisme.

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- . , , , , , , . 7- ; 8- . 100 ². , . , . , . . , . .

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Now at Department of Geology, University of Puerto Rico, Mayaguez, Puerto Rico 00708.     

Inhibition of estuarine bacteria by metal refinery effluent

Water samples from the Humber Estuary adjacent to a discharge of metal refinery effluent were found to have high dissolved metal concentrations and low pH. Bacterial activities and concentrations of viable bacteria were low, indicating inhibition of bacteria and reduction in self-purification. Toxicity tests demonstrated that acid conditions and copper and arsenic amongst metals probably contributed to bacterial inhibition.