Empirical Relationships for Debris Flows

The assessment of the debris flow hazard potential has to rely on semi-quantitative methods. Due to the complexity of the debris-flow process, numerical simulation models of debris flows are still limited with regard to practical applications. Thus, an overview is given of empirical relationships that can be used to estimate the most important parameters of debris-flow behavior. In a possible procedure, an assessment of a maximum debris-flow volume may be followed by estimates of the peak discharge, the mean flow velocity, the total travel distance, and the runout distance on the fan. The applicability of several empirical equations is compared with available field and laboratory data, and scaling considerations are used to discuss the variability of the parameters over a large range of values. Some recommendations are made with regard to the application of the presented relationships by practicing engineers, apart from advocating field reconnaissance and searching for historic events wherever possible.     

Mauer – the type site of Homo heidelbergensis: palaeoenvironment and age

The mandible of Homo heidelbergensis was found 1907 in the sand pit Grafenrain at Mauer in coarse fluvial sands 24 m below the surface, deposited in a former course of the Neckar River. These ‘Mauer sands’ are overlain by a series of glacial-climate loess deposits with intercalated interglacial palaeosols, which can be correlated with Quaternary climate history, thus indicating an early Middle Pleistocene age for H. heidelbergensis. The ‘Mauer sands’ are famous for their rather rich mammal fauna, which clearly indicates interglacial climate conditions. The faunal evidence – in particular the micromammals – place the ‘Mauer sands’ into MIS 15 or MIS 13 although most stratigraphic arguments favour correlation to MIS 15 and therefore to an age of ca 600 ka.     

Über Hiatus-Konkretionen (dargestellt an Beispielen aus dem Lias)

Zusammenfassung Als Hiatus-Konkretionen werden Kalk-Konkretionen aus dem nord- und süddeutschen Lias (Domerien) beschrieben, welche ein durch Sedimentationsunterbrechungen bedingtes mehrphasiges Wachstum erkennen lassen oder durch das Zusammenwachsen verschieden alter, durch Diskontinuitätsflächen getrennter Konkretionen entstanden sind.Der Hiatus wird dadurch bewiesen, daß die frühdiagenetisch im Sediment gebildeten Konkretionen ausgewaschen, korrodiert, angebohrt oder von Austern, Serpuliden, Bryozoen oder anderen sessilen Organismen besiedelt wurden. Nach erneuter Einbettung setzt die Konkretionsbildung wieder ein, wobei sich die jüngeren Toneisensteine um die älteren, die ihnen als Ansatzstellen dienten, herum gebildet haben.

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Calcareous concretions from the middle Lias (Domerian) of Northern and Southern Germany revealing growth in several phases conditioned by interruptions of sedimentation or by coalescence of concretions of different age are called Hiatus Concretions. The hiatuses are proved by the fact that these concretions, which were formed in the sediment by early diagenetic processes, were washed out and are corroded or bored on the surface and encrusted by oysters, serpulids, bryozoans or other sessile benthonic organisms.After a new beginning of sedimentation the growth of the concretions started again. By this process the younger concretions included the older ones which often were the starting point for a new generation of concretions.In section the ancient surfaces with incrusting shells can be observed.

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Résumé Des concrétions de CaCO₃ du lias moyen (Domérien) de l'Allemagne du Nord et de Sud laissant reconnaître une croissance en plusieurs phases conditionnées par des interruptions de la sédimentation ou qui sont formées par une fusion des concrétions separées par des surfaces de discontinuité sont appelées des «concrétions à hiatus».Le hiatus est reconnu par le fait que les concrétions formées dans le sédiment pendant la première phase d'une diagénèse sont erodées, corrodées, envahies par des organismes perforants, ou recouvertes en partie par des Huîtres, Serpulides, Bryozoaires ou autres animaux sessiles. Après une sédimentation nouvelle la croissance des concrétions s'est poursuivie. Les concrétions nouvelles ont enveloppées les anciennes qui leur ont servi de noyaux. On peut observer sur les sections des surfaces de discontinuité marquées par des organismes encroûtants.

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Zum Vorkommen von Pyrophyllit,Gümbelit und Quarziten in der Kontaktaureole des Bramscher Massivs

Zusammenfassung Die geophysikalischen Untersuchungen am Störkörper von Bramsche, ca. 20 km N Osnabrück, deuten auf einen basischen Intrusivkörper in ca. 5 km Tiefe. Hohe Inkohlungsgrade in karbonischen bis kretazischen Sedimenten lassen eine starke Wärmequelle mit einem bis zu den Karbonhorsten südlich und westlich Osnabrück reichenden Kontakthof vermuten, mit einem Maximum der Inkohlung im Gebiet der geophysikalischen Anomalie.Während sich an den Karbonhorsten um Osnabrück sulfidisch-barytische Erze kretazischen Alters finden, fehlen jegliche Vererzungsspuren im Zentrum der Anomalie. Hier könnten lediglich Pyrophyllit und Quarzitisierungen im Malm des Gehns und das Vorkommen von Gümbelit im Piesberg-Karbon auf Auswirkungen der Intrusion hinweisen. Ausbildung (Faseraggregate der Phyllosilikate) und geologisches Auftreten (keine laterale Verteilung) sprechen aber für eine im weitesten Sinne lateral-sekretionäre Entstehung.Experimente vonNoll (1936) undAlthaus (1966) ergaben eine Bildungstemperatur für Pyrophyllit von ca. 390° C. Es finden sich jedoch keine pegmatitisch-pneumatolytischen oder katahydrothermalen Mobilisate in diesem Gebiet. Somit sollte die Bildungstemperatur für den Pyrophyllit niedriger gewesen sein. Selbst wenn die Bildungstemperatur bekannt wäre, wäre es schwierig, den hydrothermal gebildeten Pyrophyllit als geologisches Thermometer zu benutzen.- Geothermische Überlegungen zur Kalkulation der Intrusionstemperatur lassen sich hier somit nur noch mit Hilfe des Inkohlungsgrades vornehmen.

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Geophysical researches at the Bramsche anomaly, about 20 km north of Osnabrück in NW-Germany indicate a basic intrusive body at the depth of about 5 km. A big source of heat with a contact zone reaching to the Carboniferous horsts south and west of Osnabrück is supposed by the increase of coalification in Carboniferous up to Cretaceous sediments, which has the highest degrees of coalification in the region of the geophysical anomaly.While there are sulfide deposits with barytic gangue of Cretaceous age at the Carboniferous horsts near Osnabrück, there are no ore-traces in the centre of the anomaly. Only the occurence of pyrophyllite and quartzites in the Malm of the Gehn-hills and the occurrence of gümbelite (Mg-hydromuscovite) in the Carboniferous sediments of Piesberg-horst may indicate the influence of the intrusion. - But habit (fibre-aggregates of the phyllosilicates) and geologic occurence (no lateral distribution) of these mineralisations suggest a formation by lateral secretion in a broader meaning of the term.Experiments byNoll (1936) andAlthaus (1966) proved a temperature of about 390° C for the formation of pyrophyllite. But there are no pegmatitic-pneumatolytic or kata-hydrothermal mobilisations in this district. Therefore it is assumed that the temperature of the formation may be lower under other conditions. Even if the temperature of this formation were known, it would be difficult to use pyrophyllite — formed under hydrothermal conditions — as a geologic thermometer. - Geothermal conclusions to calculate the temperature of the intrusion are only possible by using the decrease of volatile matter of the coals.

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Résumé Les recherches géophysicales du corps failleux de Bramsche, à environ 20 km au nord d'Osnabrück font penser à un corps intrusit basique à 5 km sous la surface. De grands degrés d'houillification en des sédiments carbonifères et crétacés révèlent une forte source de chaleur avec une auréole de contact s'étendant jusqu'aux horsts carbonifères au sud et à l'ouest d'Osnabrück, avec un maximum d'houillification dans la région de l'anomalie géophysicale.Bien qu'on trouve des airains crétacés sulfurés avec barytine, aucune trace de minéralisation n'est visible au centre de l'anomalie. Ce n'est que la pyrophyllite et les quartzites dans le Malm du Gehn et l'existence de gümbelite (Mghydro-muscovite) dans le Piesberg-Karbon qui peuvent indiquer des effets d'intrusion. La structure et l'existence géologique font plutôt penser à une genèse latéralement sécrétionaire. Des conclusions géothermiques pour calculer la température d'intrusion ne sont à entreprendre qu'à l'aide du degré d'houillification.

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(Bramsche) 20 (Osnabrück), , 5 . , - , * — . (Osnabrück) , . () (Gehn) - (Piesberg) . . , , . ()

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. H.Harder danke ich für die Anregung zu dieser Arbeit im Rahmen einer regionalen lagerstättenkundlichen Dissertation. Für weitere Hinweise und Diskussionen bin ich Herrn Prof. Dr. B.Brockamp verpflichtet.     

Geophysical prospecting in the Lake Victoria goldfields

Two areas of the Lake Victoria Region in Tanzania, where most of the old gold prospects are situated, were chosen for a comprehensive mineral survey. Since most of the country is covered by tropical soils, geophysical methods were applied. The gold occurs in quartz veins, shear zones and impregnation deposits, sometimes closely associated with sulphides or graphites, mostly in the archean country rocks of the Nyanzian System. The Nyanzian rocks form irregular shaped rafts in the roof of the central granite and have nearly the same physical properties as the gold occurrences. This obstacle was overcome by a special combination of geophysical methods:Airborne magnetic and electromagnetic surveys were flown in order to distinguish major fault zones, conducting horizons and profound changes in lithology.In promising areas, selected from the airborne results or from the presence of old mine workings, special grids were cut out and pegged. These grids were surveyed with magnetometer and E. M. Gun. The results, evaluated in contour and derived structural maps, produced the important tectonic features of the areas.These informations formed the background for the finalTuram survey, which gave in some instances direct indications of the mineralized quartz veins. This combination revealed also so many particulars of the structural pattern, that extensions of the deposits could be established and it became possible, to carry out trenching and drilling programmes successfully. The application of the combined methods is explicated on the example of one particular mineralized quartz vein of Sarama Area.

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Zusammenfassung Zwei Gebiete am Victoriasee in Tanzania, in denen zahlreiche alte Goldbergbaue liegen, wurden durch eine Mineralprospektion erfaßt. Da ein großer Teil des Landes von tropischen Lehmen überdeckt wird, mußten geophysikalische Methoden angewendet werden. Das Gold kommt in Quarzgängen, Scherzonen und Imprägnations-Lagerstätten vor, teilweise in enger Verbindung mit Sulfiden oder Graphit, zumeist innerhalb der archaischen Gesteine des Nyanzian, die als unregelmäßig gestaltete Flöße im Dach des Zentralgranites schwimmen. Diese Serie besitzt nahezu dieselben physikalischen Eigenschaften wie die Goldvorkommen. Dieses Problem wurde durch eine besonders geeignete Kombination geophysikalischer Methoden gelöst:Magnetische und elektromagnetische Flugvermessungen wurden gleichzeitig durchgeführt, um Hauptverwerfungen, gut leitende Horizonte und die Verbreitung der wichtigsten Gesteine festzustellen.In höffigen Gebieten, die nach den Ergebnissen der Flugvermessungen oder nach der Lage alter Goldbergbaue ausgewählt wurden, sind besondere Netzwerke ausgeschlagen und verpflockt worden. Magnetometer und E.-M.-Gun-Messungen erfolgten zuerst; ihre Ergebnisse, in Isolinienkarten und abgeleiteten Strukturkarten ausgewertet, spiegelten die wichtigsten tektonischen Einheiten des Untersuchungsgebietes wider.Diese Resultate bildeten die Grundlage für die abschließendenTuram-Messungen, die direkte Hinweise auf die vererzten Quarzgänge erbrachten. Diese Verbindung unterschiedlicher Untersuchungsmethoden gab außerdem so viele Einzelheiten des geologischen Aufbaues wieder, daß die Ausdehnung einiger Erzkörper festgestellt und Schürf sowie Bohrprogramme erfolgreich ausgeführt werden konnten. Die Anwendung dieses Verfahrens wird am Beispiel einer typischen Quarzgang-Goldlagerstätte aus dem Sarama-Gebiet erläutert.

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Résumé Une recherche minière a été effectuée dans deux secteurs de la région du Lac Victoria en Tanzanie, où se trouve située la majorité des anciennes mines aurifères. De différentes méthodes géophysiques furent appliquées au cours de cette recherche, compte-tenux de l'importante altération de type tropical existant dans cette région. L'or se rencontre dans des veines de quartz, des zones de cisaillement ou en imprégnations diffuses et se trouve fréquemment associé à des sulfures et du graphite. La minéralisation est intrusive dans les formations précambriennes du Nyanzien. Ces formations constituent des îlots de forme irrégulière répartis dans le granite et ont, géophysiquement parlant, sensiblement les mêmes propriétés physiques que les formations aurifères. Cet obstacle fut levé en utilisant une combinaison spéciale de méthodes géophysiques:Une campagne de géophysique aéroportée (magnétométrie et électromagnétisme) fut effectuée en vue de repérer les failles principales, les horizons conducteurs et les changements lithologiques majeurs.Une étude au sol par magnétométrie et électromagnétisme (E. M. Gun) fut alors entreprise dans les zones favorables, choisies sur la base des résultats de la géophysique et de l'importance des anciens travaux miniers, suivant une maille spéciale qui avait été jalonée au préalable sur le terrain. Les résultats furent consignés sous forme de cartes de contours et révélèrent les principales marques caractéristiques tectoniques de la région.Ces informations servirent de base à une campagne auTuram qui donne en certains endroits des indications précises sur les veines de quartz aurifère.Cette combinaison de méthodes géophysiques permit d'établir l'aspect structural de la région à un degré tel qu'il fut possible de déterminer l'extension des gisements et il devint alors possible de réaliser avec succès les programmes de prospection superficielle et de sondage. A titre d'exemple, l'application de ces méthodes combinéses est détallée pour une veine de quartz aurifère de la région de Sarama.

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Herrn Professor Dr.Roland Brinkmann zum 70. Geburtstag gewidmet.

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Annotation note of the editorial staff: Due to lack of time we have not been able to alter the text of this paper.     

Die Intensitätsverteilung der Himmelsstrahlung während der totalen Sonnenfinsternis Am 15. 2. 1961 auf Grund photographischer Messungen

Zusammenfassung Es wird über eine photographische Methode berichtet, die gestattet, die Verteilung der Himmelsstrahlung zu bestimmen. Der Himmel wird mit einer Weitwinkelkamera photographiert und die Aufnahmen werden mit einem Photometer ausgewertet. Über einen Graukeil, der auf das gleiche filmmaterial aufbelichtet und mit den Aufnahmen zusammen entwickelt wird, lassen sich die mit dem Photometer ermittelten Schwärzungswerte in (relative) Intensitätswerte der Himmelsstrahlung umrechnen. Der durch das Photoobjektiv bedingte Helligkeitsabfall von der Bildmitte aus nach den Bildrändern zu wird experimentell ermittelt und als Korrektur an den Meßwerten angebracht. Die Intensitätsverteilung der Himmelsstrahlung während der totalen Sonnenfinsternis am 15. Februar 1961 in Viareggio (Norditalien), am Abend zuvor und am Folgetag wird wiedergegeben und diskutiert. Während der totalen Verfinsterung spiegelt sich insbesondere die Wanderung des Mondschattens relativ zum Beobachtungsort in den Darstellungen wieder. Während der partiellen Verfinsterung ist dagegen die relative Helligkeitsverteilung praktisch die gleiche wie bei unverfinsterter Sonne.

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Summary A photographic method is described which permits to determinate the distribution of the sky radiation. The sky is photographed by a wide angle camera and the resulting pictures are evaluated by a photometer. A photometric step wedge copied on a film of the same type and number is developed together with the pictures. Then the density values measured by the photometer can be transformed into (relative) intensity values of the sky radiation. The decrease in brightness from the centre of the picture to the rim caused by the photographic lens is determined experimentally and is taken into account as a correction to the density values. The distribution of intensity of the sky radiation in Viareggio (North Italy) during the total eclipse of the sun on the 15th of february 1961, on the previous evening and on the following day are shown and discussed. During the total eclipse especially the migration of the moon's shadow in relation to the observation point is clearly defined. During the partial eclipse, however, practically the same relative distribution of sky radiation is found as without eclipse.

     

Deformation und Umwandlung von Plagioklas durch Stoßwellen in den Gesteinen des Nördlinger Ries

Plagioclase from fragments of crystalline basement rocks in breccias found in the area of the Nördlinger Ries crater displays characteristic plastic deformation and phase transition phenomena due to shock metamorphism at different pressures in the range of 100 to 1000 kilobars.These phenomena are discussed in the scope of a progressive impact metamorphism the degree of metamorphism reflecting a radial gradient of pressure and temperature diminishing outward from the point of meteorite impact.Within the lowest pressure range of about 100 to 300 kilobars (shock stage I) strong fracturing and plastic deformation such as bending of crystals, deformation bands and planar features (lamellae of lowered refractive index and of lowered or no birefringence) are to be found. The lamellae which are mostly isotropic, are interpreted as slip bands the glide planes of which are low indices planes of the plagioclase lattice such as (001), (010), (100), (1¯20), (130) and others. These slip bands are unknown from feldspar formed by normal processes within the earth's crust. Plagioclase of such a stage of deformation shows an unusual strong decrease of refraction and birefringence. Its optical properties are those of a highly disordered plagioclase. It may be called diaplectic plagioclase.Total isotropization of plagioclase is a typical feature of the pressure range from 300 to 500 kilobars (shock stage II). This glass which is called diaplectic glass differs strongly from the normal glass in physical properties and structural state. It is formed by a kind of solid state transformation without actual melting.Shock pressures in the order of 500 to 650 kilobars (shock stage III) are able to cause selective melting of plagioclase grains in a crystalline rock. Normal glasses with vesicles and streaks are formed by this process.Within the pressure range of about 650 to 1000 kilobars (shock stage IV) residual temperatures are so high that total melting of rocks occurs. Plagioclase melts are mixed inhomogenously with other silicate melts forming rock melts which can be found in suevite as flat glassy bombs. Vaporization of silicates must be expected in the upper pressure range of this shock stage.Statistical universal stage measurements on the fabric of plagioclase support theoretical considerations after which the deformation pattern of a single crystal should depend on the fabric relations to the surrounding minerals and on their physical properties. Strongly inhomogenous deformation of plagioclase minerals within the microscopic rock scale was observed because polycrystalline rocks are disorganizing a unique shock front by interaction of wave fronts at interfaces and free surfaces and perhaps by multiwave shocks. Directions of compressive and tensile stresses on a mineral are therefore changing from grain to grain.     

Zur Baugeschichte der Ardennen I

Zusammenfassung Die bereits kaledonisch gefalteten Massive in den Ardennen wurden von der variscisdien Tektogenese (asturische Phase) mehr oder weniger überprägt. Vorstellungen über diese Überprägung älterer Strukturen und deren Vergitterung mit jüngeren Verformungsrichtungen sowie über den Einfluß der kaledonischen Kerne (Unterstockwerk) auf das Faltenstreichen der devonischen Mantel-Schichten (Oberstockwerk) lassen sich vor allem in der Antiklinalzone der Hochardennen im Massiv von Rocroi, im Massiv von Serpont und im Massiv von Stavelot gewinnen.

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Résumé Les massifs des Ardennes, déjà plissés à l'ère caledonienne furent plus ou moins remaniés par la tectogénèse hercynienne (phase asturienne). C'est surtout dans la zone anticlinale des hautes Ardennes, dans le massif de Rocroi, dans le massif de Serpont et dans le massif de Stavelot qu'on peut se faire une idée en bons affleurements de ce remaniement de structures plus anciennes et de leurs interférences avec des directions de déformation plus jeunes ainsi que de l'influence des anciens massifs calédoniens (étage inférieur) sur la direction du plissement des couches de revêtement dévoniennes (étage supérieur).Dans ces massifs, les couches du dévonien sont plus ou moins fortement plissés ou disposés par écailles avec le socle calédonien. Dans le massif de Rocroi, dans le massif de Serpont et dans la partie ouest du massif des Stavelot les couches du socle présentent des structures qui sont totalement différentes des couches de revêtement dévoniennes et coupé de façon discordante des couches gedinniennes inférieures.Dans le massif de Rocroi et surtout dans le massif de Serpont, la tectogénèse hercynienne a exercé le même effet que l'orogénèse calédonienne plus ancienne sous l'influence d'un plan d'efforts semblable orienté Nord-Sud. L'auteur, à l'aide d'un exemple, celui du massif de Serpont, essaye d'analyser la structure du plissement calédonien originel déroulement des plis des couches gedinniennes et reformation constructive de la déformation conditionnée par le clivage hercynien.A la différence des deux massifs occidentaux, dans le massif de Stavelot, les structures de plissement calédoniens orientées d'est en ouest furent remaniées sous angle oblique par la tectogénèse hercynienne. Ce mouvement a entraîné, à différents endroits, le déplacement des axes calédoniens en direction hercynienne. C'est ce qui a produit un style de mouvement et de structure étranger aux autres massifs. Le fort rétrécissement hercynien eut pour conséquence des charriages à différents endroits.