Pressure induced phase transition in Mg2GeO4 as determined by frequency dependent complex electrical resistivity measurements

The phase transition of Mg₂GeO₄ from the olivine structure (α-phase) to the spinel structure (γ-phase) was determined by complex electrical resistivity measurements in the frequency range 10 Hz up to 100 kHz. The stability fields of the α- and the γ-phase were confirmed up to 2.05 GPa in the temperature range 845° C–1400° C. Based on volume resistivity data, a decrease of about a factor of 5 was found at the α-γ phase transition. Activation energies of electrical conduction E _a at 1.05 GPa and 2.05 GPa were calculated using the volume resistivities (?) and the relaxation times (τ). The values range from 1.98 eV up to 2.78 eV. The relative dielectric permeability increases with increasing temperature. This is is due to crystal defects and charge transport mechanisms.     

Über die Anwendbarkeit der Köhlerschen Gleichgewichtskurven für Lösungströpfchen

Zusammenfassung Bei der Prüfung der Voraussetzungen, unter welchen die sogenannten «Wachstumskurven» für Lösungströpfchen abgeleitet wurden, kommt man zu dem Ergebnis, dass diese Kurven nur im Falle des Gleichgewichts und nur auf Lösungströfchen mit dem Radiusr0.1 im Gebiete hoher Feuchten angewendet werden sollten. Da die Bezeichnung «Wachstumskurve» irreführend ist, wird empfohlen, dem GebrauchB. J. Mason's (Physics of Clouds) folgend, diesen Ausdruck prinzipiell durch die Bezeichnung «Gleichgewichtskurve» zu ersetzen. Desgleichen sollten alle für diese Gleichung definierten Grössen wie kritische übersättigung, potentieller Radius und kritischer Radius so umbenannt werden, dass aus der neuen Bezeichnung hervorgeht, dass es sich um Grössen im thermodynamischen Gleichgewicht handelt.Eine Überlegung weist nach, dass in der Regel bei jungen Wolken und Laboratoriumsversuchen, sobald die Feuchtesättigung überschritten wird, die Voraussetzung des Gleichgewichts nicht erfüllt ist. Es wird besonders darauf hingewiesen, dass die Vorstellung, dass die Übersättigung in der Umgebung eines Kerns mindestens seine kritische Gleichgewichtsübersättigung erreicht haben muss, damit der Kern über seinen kritischen Gleichgewichtsradius anwachsen kann, mit dem Experiment in der Mischwolkenkammer nicht in Einklang gebracht werden kann. Die Übersättigung, welche erforderlich ist, in 60 bis 120 Sekundenüber 50% aller Aitkenkerne eines natürlichen Aerosols zu Tröpfchen anwachsen zu lassen, liegt zwischen 2 und 10. Der Betrag der notwendigen Übersättigung scheint von der Zeit und der Kerndichte, vielleicht auch den Dimensionen der Kammer und der Temperatur, nicht aber von der chemischen Beschaffenheit des Kernes abzuhängen, da bei den Versuchen die annähernd gleichen Ergebnisse erzielt wurden, unabhängig davon, ob die Kondensation von Wasseroder Benzindampf erfolgt.

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Summary On examining the premises upon which the so-called «curves of growth» for the solution droplets are based, we have found that these curves are only applicable in case of equilibrium, and only on solution droplets having a radius ofr0.1 in an environment with high relative humidity. Since the term «curves of growth» is misleading, we would suggest striking it out altogether, and substituting it with «equilibrium curve» according toB. J. Mason (Physics of Clouds). Similarly, all the terms connected with this equation, such as supersaturation, potential radius and critical radius should be renamed in such a manner as to make it clear, by the new definitions, that they concern units in thermodynamical equilibrium.Upon consideration, we find that, as a rule, in the case of young clouds and laboratory experiments, as soon as the point of humidity saturation is passed, the premise of equilibrium is no more valid. We would particularly stress the fact that whereas, according to the accepted theory, there must have existed, in the vicinity of a nucleus, at least the critical equilibrium supersaturation in order to enable it to swell beyond its critical radius, we have found that this view cannot be made to agree with the experiments carried out in the mixing-cloud chamber.The degree of supersaturation required in order to getover 50% of all Aitkennuclei of a natural Aerosol to grow into droplets, in 60 to 120 seconds, lies between 2 and 10 per thousand. The amount of supersaturation required seems to be dependent upon the time, the density of the nucleus, possibly even on the size of the chamber and on temperature, not however on the chemical nature of the nucleus, since experiments have shown that almost the same results are achieved both whether condensation results from water vapour or from gasoline vapour. The supersaturation was calculated, not measured. The values stated indicate the maximum possible values under the conditions present.

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Riassunto Durante l'esame delle condizioni per la deduzione delle cosidette «curve di accrescimento» per goccioline di soluzioni, si giunge al risultato che queste curve hanno validità solo nel caso di equilibrio e solo per goccioline di soluzione di raggior0.1 e in regioni di elevata umidità. Poichè la denominazione «curva di accrescimento» può trarre in inganno, si suggerisce, seguendoB. J. Mason (Physics of Clouds), di sostituire questa espressione con la denominazione «curva di equilibrio». Nello stesso modo dovrebbero essere cambiate di nome tutte le grandezze che entrano in questa equazione, come soprasaturazione critica, raggio potenziale e raggio critico; perchè dalla nuova definizione emerge che si tratta di grandezze in equilibrio termodinamico.Una riflessione dimostra che di regola con nubi giovani e in esperienze di laboratorio, l'ipotesi dell'equilibrio non è soddisfatta appena è sorpassata la saturazione. In particolare la rappresentazione che la soprasaturazione nelle vicinanze di un nucleo deve raggiungere perlomeno la sua soprasaturazione critica di equilibrio, affinchè il nucleo possa crescere oltre il suo raggio critico di equilibrio, non può essere messa in accordo con gli esperimenti eseguiti nella camera per nubi di rimescolamento (Mischwolkenkammer).La soprasaturazione necessaria per l'accrescimento in 60–120 secondi di piú del 50% di tutti i nuclei di Aitken di un aerosol naturale giace tra il 2 e il 10 per mille. L'improto della necessaria soprasaturazione sembra dipendere dal tempo e dalla densità dei nuclei, e forse anche dalle dimensioni della camera e dalla temperatura, ma non dalla composizione chimica del nucleo, poichè con gli esperimenti si giunge approssimativamente ai medesimi risultati, sia con condensazione di acqua, sia con condensazione di benzina.

     

Über das Granitmassiv des Symvolon-Gebirges bei Kavala

Zusammenfassung Das Symvolon-Gebirge bei Kavala in Griechisch-Mazedonien wird von einem blastomylonitisch verformten Granitmassiv aufgebaut mit einheitlicher passiver Gefügeregelung. Es sind zwei altersverschiedene Biotite enthalten, nur die primären Biotite zeigen pleochroitische Höfe um Zirkon, die jüngeren, bei der Verformung umkristallisierten Biotite dagegen nicht. Dies spricht für eine bedeutende Differenz zwischen Erstarrung und Deformation. Eine noch jüngere Beanspruchung führt zur Entstehung von Myloniten in Grünschieferfazies. Hervorgehoben wird das Vorkommen junger metasomatischer Aplite, die den gefalteten Bau diskordant durchsetzen.

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The Symvolon-Mts. near Kavala (Greece) consist of a granite-complex with blastomylonite-deformation and a uniform, secondary fabric. The rock contains two biotites of different ages of whom only the older type displays pleochroitic halos around Zircons. This might indicate that, the time interval between solidification and, the deformation might have been considerable. A still more recent deformation produced mylonites in a Greenschist Facies. Late metasomatic Aplites cut the whole complex obliquely.

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Résumé La chaîne du Symvolon près de Kavala dans la Macédoine grecque est constituée par un massif granitique déformé par voie blasto-mylonitique, avec une régulation structurale passive uniforme. Il contient 2 biotites d'âge différent; seules les biotites primaires montrent des auréoles pléochroïques autor du zircon, à l'inverse des biotites plus jeunes qui ont cristallisé au cours de la déformation. Ceci plaide en faveur d'une notable différence entre consolidation et déformation. Une nouvelle déformation engendre des mylonites à faciès de schistes verts. On souligne l'intervention d⁴aplites métasomatiques plus jeunes qui recoupent la structure plissée de façon discordante.

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Quantifizierung von Verwitterungsvorgängen

Zusammenfassung Geochemische Verwitterungsvorgänge vollziehen sich im wesentlichen in der wasserungesättigten Zone und im erdoberflächennahen Grundwasser. In diesem Bereich bestimmen klimatische, biologische, biochemische und geochemische Vorgänge die Zersetzung des Ausgangsgesteins. Als Transportmittel für gelöste und flüchtige Umsetzungsprodukte wirken Sickerwasser, Grundwasser und Grundluft.Zur Quantifizierung des Stofftransportes wurden im Felde die vertikale Feuchtigkeitsverteilung mit einer Neutronensonde ermittelt und mit Hilfe eines Rechenmodells die Sickerraten bestimmt. Zur Erfassung der geochemischen Vorgänge wurden mit unterschiedlich langen Lysimetern der Stoffaustrag aus den einzelnen Bodenhorizonten und mit Hilfe hydrologischer und hydrochemischer Messungen der Stoffaustrag aus dem Grundwassersystem pauschal ermittelt. Mit einer geeigneten Stahlsonde wurden CO₂-Konzentrationsverteilungen in der Grundluft gemessen und mit Hilfe eines Rechenmodells bodenhorizontspezifische CO₂-Produktionsraten errechnet.Geochemische Verwitterungsvorgänge, wie Abbau der organischen Stoffe, Kalklösung, Hydrolyse der Silikate und Adsorptionsvorgänge an Festsubstanzen werden für unterschiedliche Bodenhorizonte eines Podsols unter verschiedener Vegetation dargestellt. Anhand des quantifizierten CO₂-Haushaltes werden die engen Wechselbeziehungen zwischen Grundluft- und Sickerwasserzusammensetzung aufgezeigt.

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Geochemical weathering reactions take place in the unsaturated zone and shallow groundwater. In this region climatic, biological, biochemical and geochemical processes control the degradation of the primary rocks. The dissolved and volatile substances are transported with seepage water, groundwater and ground air.For quantification of the substance transport the vertical moisture distribution was measured with a neutron-probe and the soil horizon specific seepage rates were calculated with help of a mathematical model. To investigate the geochemical processes and the transport rates of dissolved substances lysimeters of different lengths were installed. Furthermore the bulk output of dissolved substances was determined with spring flow measurements and spring water analyses. A suitable steel probe was used for measuring the vertical CO₂-concentration distribution in the ground air and the horizon specific CO₂-production rates were determined with help of a mathematical model.Geochemical weathering processes, such as decomposition of organic substances, carbonate dissolution, hydrolysis of silicates and adsorption on solid substances are described for the different horizons of a podsol soil under various vegetations. The quantified CO₂-balance was used to show the interaction between ground air and seepage water composition.

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Résumé Des processus géochimiques d'altération se produisent en grande partie dans la zone d'eau non saturée et dans les eaux souterraines proches de la surface du sol. Dans ce domaine, ce sont les processus climatiques, biologiques, biochimiques et géochimiques qui déterminent la décomposition des roches originelles. Les moyens de transport des produits de décomposition dissous et volatils sont les eaux et l'air souterrains.Pour la quantification du transport de substances, on a déterminé dans le terrain, avec la sonde à neutrons la répartition verticale de l'humidité et on a calculé, à l'aide d'un modèle mathématique, les taux de percolation. Pour cerner les processus géochimiques, on a établi globalement, avec des lysimètres de longueurs différentes, les transports de substances à partir des différents horizons du sol et, à l'aide de mesures hydrologiques et hydrochimiques, le transport de substances à partir du système des eaux souterraines. Avec une sonde de métal appropriée, on a mesuré les répartitions de concentration en CO₂ dans l'air souterrain et on a calculé, à l'aide d'un modèle mathématique les taux de production en CO₂ spécifiques à chaque horizon du sol.On a représenté, pour différents horizons du sol d'un podsol à végétation différente, des processus géochimiques d'alteration tels que la désagrégation des substances organiques, la dissolution du calcaire, l'hydrolyse des silicates et les processus d'adsorption par des substances solides. La teneur en CO₂ quantifiée à servi à montrer les interactions étroites entre la composition de l'air souterrain et de l'eau de percolation.

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Sauerstoff-Isotopenuntersuchungen an Mineralen eines metamorphen Profils der Hohen Tauern, Österreich

Oxygen isotope analyses on minerals of a metamorphic profile from Hohe Tauern, Austria indicate that the oxygen isotopes of the coexisting minerals quartz, garnet, and biotite have been reequilibrated during alpidic metamorphism. The K/Ar-ages of these biotites are in the range of 20–30 my. Metamorphic temperatures can be calculated from the quartz-biotite and quartz-garnet isotopic fractionations. The metamorphic temperature in the northern part of the region under investigation is 440° C and increases in direction to Tauernhauptkamm to about 600° C. Indicated by petrographic investigations, two samples from this area show no remarkable metamorphic influence. K/Ar-determinations on hornblendes and biotites yielded variscan ages.The isotopic temperatures of these samples, calculated by the oxygen isotope fractionations of quartz-biotite, quartz-magnetite, and feldspar-magnetite are equal within the limits of instrumental error and represent the crystallisation temperature of a granodioritic magma of 660–670° C.     

Die Anatexis des Winnebachgranites (Ötztaler Alpen, Österreich) am Beispiel eines Aufschlusses

Zusammenfassung Im Winnebachmigmatit (Ötztaler Alpen, Österreich) wurde ein frischer Gletscherschliff hinsichtlich seiner Bildungsbedingungen untersucht. Das Fehlen von Orthoklas im anatektisch neugebildeten Gestein spricht für Drucke über 3,2 kb zur Zeit der Anatexis. Die Temperatur der Anatexis ist durch das Auftreten von Gneis-Schollen im Migmatit mit ca. 680–685°C (4 kb) bestimmt. Mit Hilfe von Experimenten wurde versucht, den Grad der Anatexis und die Schmelzmengen zu rekonstruieren. Die größten Schmelzbereiche werden ca. 20°C betragen haben. Dabei entstand in den günstigsten Fällen 60–70% Schmelze im Gestein. In den meisten Fällen blieb während der Anatexis von den hellen Gemengteilen außer Quarz auch Plagioklas als kristalliner Rest übrig.

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The anatexis of the Winnebachmigmatite (Ötztal Alps, Austria) illustrated by an outcrop

Summary Investigations on the conditions of formation of the Winnebachmigmatite were made on fresh rocks from an outcrop polished by glacial ice. The lack of orthoclase in the anatectically formed rock is interpreted to be due to a pressure more than 3.2 kb during the anatexis. The temperature of the anatexis is fixed at 680–685°C (4 kb) by unaltered gneiss-blocks within the migmatite. We have tried experimentally to reconstruct the degree of anatexis and the amount of melt. The largest temperature range of melting in this migmatite is considered to have been approximately 20°C. Thereby a maximum amount of melt of 60–70% was formed. Of the leucocratic minerals apart from quartz, some of the plagioclase remained also as crystalline residue.

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Mit 7 Abbildungen     

Der Anteil der Strahlung an der Ablation von Hintereis- und Kesselwandferner (Ötztaler Alpen,Tirol) im Sommer 1958

Zusammenfassung Der vorliegende Bericht befaßt sich mit der Berechnung des Anteils der Strahlungsbilanz an der Ablation auf 15,5 km² Gletscherflächen während der Ablationsperiode 1958. Die Gletscherflächen wurden in 175 Flächenelemente bestimmter Neigung und Richtung zerlegt und die direkte Sonnenstrahlung relativ zur horizontalen Fläche wurde für die Gletscher ermittelt. Die effektiv mögliche Sonnenscheindauer wurde für 177 Punkte auf den Gletscherflächen durch Vermessung bestimmt und daraus die Reduktion der Sonnenstrahlung durch die Horizontabschirmung berechnet. Der Gesamtverlust an direkter Sonnenstrahlung durch Neigung, Exposition und Horizontabschirmung betrug für alle Gletscher in der Ablationsperiode Mai bis September etwa acht Prozent. Durch die Wirkung der diffusen Strahlung verringert sich der Verlust auf etwa sechs Prozent für die Globalstrahlung der Ablationsperiode 1958. Ausgehend von der registrierten Sonnenscheindauer in Vent (1900 m), und der registrierten Globalstrahlung beim Hochjochhospiz (2410 m) sowie am Kesselwandferner (3240 m) wurde die Globalstrahlung für alle Gletscher berechnet. Aus der beobachteten Schneebedeckung der Gletscher und aus Messungen wurde die Albedo für die einzelnen Monate ermittelt und damit die kurzwellige Strahlungsbilanz abgeschätzt. Zusammen mit der von der Bewölkung abhängigen langwelligen Strahlungsbilanz wurde die gesamte Strahlungsbilanz für verschiedene Albedowerte in der Ablationsperiode 1958 berechnet. Für jeden Tag wurde die Höhe der Null-Grad-Isotherme ermittelt und damit die Größe der Gletscherfläche, auf der Schmelzung möglich war.Die durch die Strahlungsbilanz verursachte Schmelzung wurde zu 21,4·10⁶ m³ Wasser berechnet oder zu 64% der beobachteten Gesamtablation von 33,5·10⁶ m³ Wasser. Der Anteil der Strahlung an der Eisablation ergab sich zu 61%, der an der Schneeablation zu 66%, was gut mit den Ergebnissen detaillierter Studien des Wärmehaushaltes an einzelnen Punkten auf Gletschern übereinstimmt. Es wird somit auch für die gesamte Gletscherfläche und die gesamte Ablationsperiode bestätigt, daß die Strahlung die wichtigste Energiequelle für die Ablation auf den Gletschern der Alpen ist.

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Summary The present report deals with the calculation of the contribution of net radiation towards ablation on 15.5 km² of glacier surface during the ablation period 1958. The glaciers were subdivided into 175 surface elements of specific slope and exposure, and direct solar radiation calculated in relation to a horizontal surface for all glaciers. The local duration of bright sunshine throughout the year was surveyed for 177 points on the glaciers, and reduction of solar radiation owing to screening of the horizon by mountains calculated. The total loss in direct solar radiation owing to slope, exposure and screening, amounted to about eight per cent on an average for all glaciers in the ablation period May to September. Due to the contribution of diffuse radiation this loss is reduced to about six per cent of total short-wave radiation in the ablation period 1958. Based on the recorded duration of bright sunshine in Vent (1900 m), on the recorded total short-wave radiation at Hochjochhospiz (2410 m), and on the Kesselwandferner (3240 m), total short-wave radiation was calculated for all glaciers. Observations of snow cover on glaciers and measurements of albedo allowed an estimate to be made of the short-wave radiation budget in single months. Together with the long-wave radiation budget the total radiation budget for typical values of albedo during the ablation period 1958 could be calculated. For each day the height of the freezing level was determined, and the size of the glacier surface with possible melting.The ablation caused by net radiation was calculated as 21.4·10⁶ m³ of water, i. e. 64 per cent of the observed total ablation of 33.5·10⁶ m³ of water. The contribution of radiation towards melting of ice was 61 per cent, towards melting of snow 66 per cent. This is in fair agreement with the results of detailed investigations of heat budget on single spots of glaciers. The present results, which are valid for the whole glacier surface and the total ablation period, confirm that solar radiation is the most important source of energy for ablation on glaciers in the Alps.

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Résumé Le présent mémoire se rapporte au calcul de la part du bilan de radiation revenant à l'ablation d'une surface de glaciers de 15.5 km² durant la période d'ablation de 1958. On a divisé les glaciers en 175 éléments de surface selon leur exposition et leur pente. On a alors déterminé pour les glaciers le rayonnement solaire direct relativement à une surface horizontale. On a en outre déterminé par mensuration la durée d'insolation maximum possible pour 177 points des glaciers et on en a tiré la réduction du rayonnement solaire par suite de l'ombre portée par l'horizon. La perte totale en rayonnement solaire direct due à la pente, à l'exposition et à l'ombre portée par l'horizon représente environ 8% pour tous les glaciers durant la période d'ablation de mai à septembre. Par suite du rayonnement diffus, la perte se réduit à environ six pour-cent par rapport à la radiation globale pour la période d'ablation de l'année 1958. La radiation globale a été calculée pour tous les glaciers en partant de l'insolation mesurée à Vent (1900 m d'altitude) et de la radiation globale enregistrée à l'hospice du Hochjoch (2410 m) ainsi qu'au Kesselwandferner (3240 m).On a estimé ensuite l'albédo mensuel par des mesures et des observations de la couverture de neige et on en a tiré le bilan de radiation à ondes courtes. En y ajoutant le bilan de radiation à longues ondes dépendant de la nébulosité, on a calculé le bilan total de radiation pour la période d'ablation 1958 et cela pour diverses valeurs de l'albédo. Pour chaque jour, on a déterminé l'altitude de l'isotherme de zéro degré ainsi que la grandeur de la surface du glacier qui en découle et où la fonte fut possible. L'eau de fonte due au bilan de radiation fut calculée à 21.4·10⁶ m³, c'est à dire 64% des 33.5·10⁶ m³ d'eau d'ablation mesurée. La part d'ablation due au rayonnement est de 61% pour la glace, de 66% pour la neige, ce qui correspond très bien aux résultats d'études détaillées de l'économie thermique faites à certains points de glaciers. Par là, on confirme que pour la période d'ablation totale ainsi que pour la surface totale du glacier, le rayonnement est la source d'énergie la plus importante pour l'ablation sur les glaciers des Alpes.

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Mit 10 Abbildungen