Input-output models

Summary Elementary mass balance and export models are explored in relation to eutrophication as caused by phosphorus and nitrogen. New criteria for phosphorus loading are given in relation to the ratio ‘mean depth-water fill-in-time’ . The results suggest that lakes having long water renewal times are much more sensitive to phosphorus loading than would appear from mean depth only. Further, from comparison of the relative residence time of nitrogen and phosphorus, it is deduced that—with increasing eutrophication—the nitrogen metabolism is speeded up beyond the point of simple proportionality which would explain the transition from phosphorus to nitrogen limitation in highly eutrophied lakes. It is further suggested that the principles derived from eutrophication in regard to the metabolism of phosphorus and nitrogen in lakes are applicable also to other environmental compartments and stress factors.

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Zusammenfassung Elementare Massenbilanzen und Exportmodelle werden bezüglich ihrer Bedeutung für die Eutrophierung von Seen mit Phosphor und Stickstoff untersucht. Als neues Kriterium für die Phosphorbelastung wird das Verh?ltnis ?mittlere Wassertiefe-Zeit der Wassererneuerung? eingeführt. Die Beobachtungen lassen vermuten, dass Seen mit langen Wassererneuerungsperioden viel empfindlicher auf die Phosphorbelastung ansprechen, als aus ihrer mittleren Tiefe geschlossen werden k?nnte. Aus dem Vergleich der mittleren Aufenthaltszeiten von Stickstoff und Phosphor ergibt sich, dass mit zunehmender Eutrophie der Stickstoffumsatz weit st?rker beschleunigt wird, als der einfachen Proportionalit?t zu seiner Konzentrationszunahme entsprechen würde. Dies erkl?rt die Verschiebung von Phosphor zu Stickstoff als limitierendem Faktor in hocheutrophierten Seen. Es wird vermutet, dass die Prinzipien, welche bezüglich der Eutrophierung aus dem Umsatz von Phosphor und Stickstoff in Seen abgeleitet werden, auch für andere Lebensr?ume und andere Belastungsfaktoren angewendet werden k?nnen.

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Résumé Un équilibre massive élémentaire et des modèles de sortie ont été explorés en relation avec l’eutrophisation provoquée par le phosphore et l’azote. De nouveaux critères ont été décrits en relation avec le taux ?profondeur moyenne?—durée de remplissage d’eau? . Les résultats suggèrent que les lacs dont la durée de renouvellement de l’eau est longue, sont beaucoup plus sensibles aux charges de phosphore, que ne laisserait appara?tre le critère seul de la profondeur moyenne. De plus, en comparant les durées relatives de séjour de l’azote et du phosphore, on déduit que—avec la progression de l’eutrophisation—le métabolisme de l’azote est accéléré au delà du point de simple proportionalité qui expliquerait la transition du phosphore à l’azote en tant que nutriment limitant dans des lacs fortement eutrophes. En outre, il est suggéré que les principes, dérivant de l’eutrophisation des lacs en relation avec le métabolisme du phosphore et de l’azote, sont également applicables à d’autres compartiments et facteurs de containte de l’environnement.

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Paper given at the Conference on Chemical-Ecological Considerations for Defining the Goals of Water Pollution Control, Kastanienbaum, Switzerland, April 19–21, 1972.     

Chemische Gewässerverunreinigung und Wassernutzung

Pollution by chemicals of natural water resources frequently impairs production of drinking water. Enrichment by refractory dissolved organic compounds is the main reason as can be easily observed in the river Rhine. Characterization of pollution is possible by analysis of individual compounds and by the ratios of parameters such as DOC, COD and UV-extinction. Experience shows that future water pollution control technology has to include physical-chemical processes for the elimination of refractory substances.      

Gewässerfeindliche Wirkungen von Phosphaten in Flüssen und Bächen

Phosphates cause an increasing proliferation of submerged flowering plants or green filamentous and other algae types in surface waters. These tangles of growth impede the water flow, distort the flow rates calculated on the basis of the water level, disturb and disrupt bathers, shipping activities, fishing and fish breeding, power plant operations, the replenishment of the underground aquifer and the preparation of water for drinking. Primary and secondary wastewater treatment cannot offset the strong imbalance produced in surface waters. Protective measures are discussed.      

Die Strahlenblende von Accesa (SW-Toskana)

Zusammenfassung Innerhalb der Blei-Kupfer-Zink-Vererzung der Grube Accesa tritt Strahlenblende auf. Sie besteht zum größten Teil aus Sphalerit und geringen Mengen Wurtzit. Die Chalkopyriteinschlüsse dieses Zinksulfids lassen sich den die Altersstellung der Blende kennzeichnenden Strukturtypen zuordnen. Die Strahlenblende wird als eine frühe Ausscheidung angesehen, die sich im Verlauf der Vererzung in spätige Zinkblende umwandelt. Ihre Eigenschaften und ihre Veränderungen während der Mineralisation werden im folgenden dargestellt.

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Fibrous sphalerite from accesa, Southwest Tuscany, Italy

Summary Within the lead-copper-zinc-mineralization at Accesa Mina a Strahlenblende (fibrous sphalerite) has been found. The main component is sphalerite with very small amounts of wurtzite. The chalcopyrite inclusions in this zinc sulfide may be attributed to certain types of texture according with their age of formation. The Strahlenblende is believed to have formed early in the succession, grading into younger sparlike sphalerite. Its properties and later alteration during ore mineralization will be described.

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Mit 3 Abbildungen     

Iceland and the North Atlantic: A review

Iceland is a special volcanic island in an anomalous ocean basin. A review of the unusual features shows that among others topography and gravity are broadly positive, spreading has been and still is complex, seismicity is slightly diffuse and the chemistry of the basalts is different from that at normal ridges. In summary we observe a tendency of lithospheric dispersal and spreading in the North Atlantic and its surroundings. These observations together with what is known about Icelandic crust, heat flow, tectonic history, etc., point to a hot mantle upwelling beneath Iceland. The shape of the upwelling currents is not known. Although at present much speculation is possible, the authors prefers to think of a broad rising region uplifting the lithospheric plates such that they tend to slide away from Iceland more forcefully than is the case from normal spreading ridges.     

Sedimentäre Eisenerze und ihr geochemisches Bildungsmilieu in den tertiären Deckschichten der Rheinischen Braunkohle,Tagebau Frechen

Zusammenfassung Die hangenden tertiären Schichteinheiten der Rheinischen Braunkohle sind im Tagebau Frechen der Rheinische Braunkohlenwerke AG teils sideritisch, teils markasitisch-pyritisch vererzt. Beide Vererzungsarten sind postsedimentär und können daher nicht direkt als Milieuindikatoren für das Sedimentationsmilieu der Ablagerungen interpretiert werden. Die Existenz der Sideritgeoden, auf die tonigen Sedimente der Indener Schichten beschränkt, legt jedoch eine Ablagerung der Geodenmatrix in einem von Moorwässern bestimmten, limnischen Milieu nahe, da nur hier die Voraussetzungen für eine geologisch relevante Bereitstellung von Eisen gegeben erscheinen. Es wird angenommen, daß dieses zur Sideritbildung notwendige Eisen zunächst bevorzugt als Humat in die Tone eingelagert wurde. Im Rahmen der postsedimentären Oxidation organischer Substanzen bildeten sich dann CO₂-reiche Porenlösungen, in denen das Eisen, einem pH-Gefälle folgend, erneut transportiert und unter hohen pH-Werten schließlich als Siderit ausgefällt wurde. Markasit und Pyrit deuten eine ähnliche pH-Entwicklung der sie bildenden Porenlösungen an. Auch hier beobachtet man mit der Zeit eine Zunahme der Basizität der Lösungen, ausgedrückt in der Ausscheidungsfolge Markasit-Pyrit. In tonigen Sedimenten, mit geschlossenen Mikrosystemen der Porenräume, wird diese Folge nur einmal durchlaufen, in Sanden und Kiesen deuten wiederholte Ausscheidungen von Markasit und Pyrit ein offenes Porensystem an, in das im Verlauf der Diagenese auch jüngere Grundwässer Ehund pH-bestimmend eingreifen konnten.

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In the Frechen open cast mine (Rheinische Braunkohlenwerke AG) the hanging wall of the Rhenish lignites is partly mineralized by siderite and marcasite-pyrite. The mineralizations are postsedimentary and therefore, the environment existing during the deposition of the host rocks cannot be interpreted directly from the presence of siderite and marcasite-pyrite. However, since the occurrence of sideritic concretions is restricted to clayey sediments of the Inden beds (Miocene), the depositional environment may be deduced for geochemical reasons: Large-scale transport of iron is only possible in a limnetic environment influenced by bog water. It is suggested that the iron, necessary for the formation of siderite, was deposited together with the clay minerals, mainly as iron humates. Postsedimentary oxidation of organic materials formed CO₂-rich pore fluids which again facilitated mobilization of iron. In a basic environment siderite was precipitated. For the pyrite and marcasite bearing sedimentary beds a similar development of the interstitial waters is suggested. The precipitation sequence of marcasite, followed by pyrite, is indicative for an increasingly basic character of the pore fluids. In the clay sediments with closed microsystems of pore volumes, one marcasite-pyrite cycle was precipitated. The sand and gravel beds contain repeated marcasite-pyrite cycles, indicating a system open to repeated changes of its Eh-pH states by interaction with more recent groundwaters.

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Resumé Les couches tertiaires susjacentes aux lignites rhénaniennes sont minéralisées partiellement sidéritiquement et partiellement markasitiquement-pyritiquement dans les mines à ciel ouvert du Rheinische Braunkohlenwerke AG à Frechen. Ces deux types de minéralisation sont postsédimentaires et c'est ce qui explique qu'ils ne peuvent être interprétés comme des indicateurs du milieu existant à l'endroit de sédimentations. L'apparition des géodes de sidérite qui est limitée aux sédiments argileux de la formation Indènes (Miocene) rend vraisemblable que la déposition des sédiments argileux surviendra dans un milieu limnique influencé par des eaux marécageuses, étant donné que les conditions pour un transport des ions ferreux dans des quantités géologiquement intéressantes, n'existent que dans un tel milieu. Il est supposé que le fer est réparti dans les argiles sous la forme de sels humiques. Pendant l'oxidation des matériaux organiques, des solutions intersticielles riches en CO₂ se forment dans desquelles le fer est transporté de nouveau suivant l'augmentation du pH et où il est précipité sous forme de sidérite dans le milieu avec les valeurs pH plus élevées. Les formations des précipitations de markasite et de pyrite indiquent un développement semblable de leur solution intersticielle. On peut aussi observer dans ce cas une augmentation avec le temps de la basicité des solutions, marquée par la séquence de la précipitation markasite-pyrite. Cette séquence n'est suivie qu'une fois dans des sédiments argileux ayant un système intersticiel fermé; plusieurs précipitations observées dans des sables et graviers indiquent un système ouvert dans lequel les eaux souterraines peuvent intervenir déterminant le Eh-pH des processus des sédimentations plus jeunes.

     

Cloud distribution over East Asia during the summer monsoon season interpreted through satellite pictures

Summer monsoon clouds over East Asia observed by the meteorological satellite Himawari and ESSA were analyzed in order to shed light on the dynamic climatology of the area during the Baiu season. The mean cloudiness over Monsoon Asia undergoes little change and is nearly 50%, but the monsoon cloud belt varies in time and space in accordance with the seasonal shift of the strongest westerly flow axis at the 500 mb level. The summer monsoon clouds form a belt in which a major amount of water vapor is transported, extending from South China to the Bering Sea. Monsoon rains occur in Japan when the belt of monsoon cloud is over Japan and ends when the cloud belt moves away.