The inhibition of microorganisms by heavy metals

This paper examines the effects of heavy metals on microorganisms in the aqueous environment; the mechanisms by which metals may exert toxic effects on microbes and the factors affecting microbial response to metals; the ways in which microbial activity may alter the metal balance of an environment and the modifications produced in microbes by heavy metal ions; the effects of the toxic copper ion on the growth, respiration, magnesium content, cytochrome synthesis and osmotic sensitivity of some organisms studied in the laboratory; and the feasibility of the participation of microbes in geochemical processes considering the demonstrable resistance to toxic metals by some bacteria and the fact that natural environments may contain high levels of metals rendered less toxic by binding to natural chelating compounds.

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Zusammenfassung In dieser Arbeit werden verschiedene Wirkungen von Schwermetallen auf Mikroorganismen in wäßrigem Milieu untersucht. Es wird gezeigt, daß Schwermetalle toxische Wirkungen auf Mikroorganismen ausüben können und welche Faktoren die Reaktionen von Mikroben gegenüber Metallen bestimmen. Weiter wird beschrieben, wie die Mikrobenaktivität das Metallgleichgewicht in einem gegebenen Milieu verändern und beeinflussen kann und wie andererseits Änderungen in den Mikroben selbst durch Schwermetall-Ionen hervorgerufen werden. Dabei wird besonders die Wirkung des toxischen Kupfer-Ions auf das Wachstum, die Atmung, den Magnesiumgehalt, die Cytochromsynthese und die osmotische Empfindlichkeit einiger Mikroorganismen dargestellt. Die Anwesenheit von Mikroben bei geochemischen Prozessen wird unter Berücksichtigung der Resistenz einiger Bakterien gegenüber toxischen Metall-Ionen diskutiert. Dabei spielt die Tatsache eine große Rolle, daß durch Chelatbildung die Schwermetall-Ionen in der natürlichen Umwelt der Mikroorganismen ihre toxische Wirkung verlieren.

     

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Variations in exospheric density at heights near 1100km, derived from satellite orbits

In an earlier paper, values of exospheric density were obtained from the orbit of Echo 2 for the years 1964–1965. The results indicated a semi-annual variation in density by a factor of between 2 and 3, considerably larger than predicted by existing atmospheric models.

These studies have now been extended to the beginning of 1967, using both Echo 2 and Calsphere 1, to show how the density is responding to increasing solar activity. Variations in density during 1964 have been analysed in more detail. The long-term variation associated with the solar cycle and the short-term variations associated with magnetic and solar disturbances agree with the variations expected on the basis of current models. The semi-annual variation is persisting to higher levels of solar activity, and although its amplitude is diminishing the factor of variation was still 1.6 in 1966.     

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Magnetic pinch in relation to the lightning stroke

Summary The application of the snow plow approximation to the magnetic pinch effect in the return stroke of lightning is described. Results are presented for a constant electric field and for a measured stroke current. In general, the solutions indicate that the magnetic pinch effect is important for cases of high currents, small channel diameters, and low degrees of ionization.     

On the validity of Boltzmann's distribution law for the charges of aerosol particles in electrical equilibrium

Summary The validity ofBoltzmann's energy distribution law as applied to the charge distribution of monodisperse aerosols, i.e. aerosols which contain particles of one size only, was studied with improved equipment now available.Since monodisperse aerosols with particle size of about 10^–6 cm cannot yet be produced and because aerosols in general contain particles of different sizes, polydisperse aerosols stored in a large gasometer were used for the investigation. The composition and the average radius of these aerosols heterogeneous in particle size were determined by the Exhaustion Method employing a diffusion battery without end-pieces or connecting tubing.The experimental curve found for the ratio of the uncharged (N ₀) to the charged (N) nuclei versus radius (r) of the particles deviates for all investigated radii between 0.5 and 4.0·10^–6 cm from the theoretical curve of a monodisperse aerosol computed according to the Boltzmann law. For radii smaller than about 1.4·10^–6 cmN ₀/N is smaller than that given by Boltzmann's law, for radii greater than 1.4·10^–6 cm larger, or, in other words, forr<1.4·10^–6 cm the number of charged nuclei found in the aerosols investigated is greater than that predicted byBoltzmann's law, and forr>1.4·10^–6 cm smaller.The deviations from the theoretical curve forr>1.4·10^–6 cm can be fully explained by the polydispersity of the aerosols used; forr<1.4·10^–6 cm the deviations are too big to be attributed to polydispersity. From this it must be concluded thatBoltzmann's distribution law is not valid for the charge distribution of homogenous aerosols containing nuclei with radii smaller than about 1.4·10^–6 cm.The equivalent radius as deduced from a substitute monodisperse aerosol in charge equilibrium for which theBoltzmann law is assumed valid, deviates in the range of 1.0·10^–6<r<3.0·10^–6 cm (or 90%>100N ₀/Z>55%) on the average by up to 35% from the actual mean radius of the investigated polydisperse aerosols computed from the radii of their singly sized components.

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Zusammenfassung Die Gültigkeit desBoltzmannschen Gesetzes der Energieverteilung für die Ladungsverteilung von monodispersen Aerosolen, das heisst Aerosolen, welche Teilchen von nur einer Grösse enthalten, wurde mit den jetzt zur Verfügung stehenden verbesserten Mitteln studiert.Da monodisperse Aerosole mit Teilchengrössen von ungefähr 10^–6 cm noch nicht erzeugt werden können und Aerosole im allgemeinen Teilchen von verschiedenen Grössen enthalten, wurden für die jetzige Untersuchung polydisperse Aerosole, welche in einem grossen Gasometer gespeichert waren, benützt. Die Zusammensetzung und der mittlere Radius dieser Aerosole mit heterogener Teilchengrösse wurden nach der Exhaustions-Methode unter Benützung einer Diffusionsbatterie ohne Endstücke oder Verbindungsröhren bestimmt.Die experimentell gefundene Kurve, welche das Verhältnis der ungeladenen (N ₀) und geladenen (N) Kerne als Funktion des Radius (r) darstellt, weicht für alle untersuchten Radien zwischen 0.5 und 4.0·10^–6 cm von der theoretischen Kurve eines monodispersen Aerosols, wie sie nachBoltzmann's Gesetz berechnet wird, ab. Für Radien kleiner als ungefähr 1.4·10^–6 cm ist das VerhältnisN ₀/N kleiner als es durchBoltzmann's Gesetz gegeben wird, für Radien grössen als 1.4·10^–6 cm grösser oder, mit anderen Worten, fürr<1.4·10^–6 cm ist die Zahl der geladenen Teilchen, die in den untersuchten Aerosolen gefunden wurde, grösser als die vonBoltzmann's Gesetz vorausgesagte, und fürr>1.4·10^–6 cm kleiner.Die Abweichungen von der theoretischen Kurve fürr>1.4·10^–6cm können vollkommen durch die Polydispersität der benützten Aerosole erklärt werden; fürr<1.4·10^–6 cm sind die Abweichungen zu gross, als dass sie der Polydispersität zugeschrieben werden könnten. Daraus muss geschlossen werden, dassBoltzmann's Verteilungsgesetz für die Ladungsverteilung eines homogenen Aerosols, welches Kerne mit Radien kleiner als ungefähr 1.4·10^–6 cm enthält, nicht gültig ist.Der äquivalente Radius, wie er von einem im Ladungsgleichgewicht befindlichen, monodispersen Ersatz-Aerosol, für welchesBoltzmann's Gesetz als gültig angenommen wird, abgeleitet werden kann, weicht im Bereich von 1.0·10^–6<r<3.0·10^–6 cm (oder 90%>N ₀/Z>55%) durchschnittlich bis zu 35% vom tatsächlichen mittleren Radius des untersuchten polydispersen Aerosols ab.

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The research reported in this article has been supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Laboratories, through the European Office of the Air Force Research Division, United States Air Force under Contract AF 61(052)-26, by the United States Department of Army, through its European Research Office, Contract DA-91-591-EUC-1282 & 1657 and by the Instrumentation Engineering Physics & Analysis Laboratory of the General Electric Co., Schenectady, New York under Retainer Agreement.     

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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