Modelling transverse dunes

Transverse dunes appear in regions of mainly unidirectional wind and high sand availability. A dune model is extended to two‐dimensional calculation of the shear stress. It is applied to simulate dynamics and morphology of three‐dimensional transverse dunes. In the simulations they seem to reach translational invariance and do not stop growing. Hence, simulations of two‐dimensional dune ?elds have been performed. Characteristic laws were found for the time evolution of transverse dunes. Bagnold's law of the dune velocity is modi?ed and reproduced. The interaction between transverse dunes led to the interesting conclusion that small dunes can travel over bigger ones. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Fingerprinting the 8.2 ka event climate response in a coupled climate model

Using results from coupled climate model simulations of the 8.2 ka climate event that produced a cold period over Greenland in agreement with the reconstructed cooling from ice cores, we investigate the typical pattern of climate anomalies (fingerprint) to provide a framework for the interpretation of global proxy data for the 8.2 ka climate event. For this purpose we developed an analysis method that isolates the forced temperature response and provides information on spatial variations in magnitude, timing and duration that characterise the detectable climate event in proxy archives. Our analysis shows that delays in the temperature response to the freshwater forcing are present, mostly in the order of decades (30 a over central Greenland). The North Atlantic Ocean initially cools in response to the freshwater perturbation, followed in certain parts by a warm response. This delay, occurring more than 200 a after the freshwater pulse, hints at an overshoot in the recovery from the freshwater perturbation. The South Atlantic and the Southern Ocean show a warm response reflecting the bipolar seesaw effect. The duration of the simulated event varies for different areas, and the highest probability of recording the event in proxy archives is in the North Atlantic Ocean area north of 40° N. Our results may facilitate the interpretation of proxy archives recording the 8.2 ka event, as they show that timing and duration cannot be assumed to correspond with the timing and duration of the event as recorded in Greenland ice cores. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Double trouble: subsidence and CO<Subscript>2</Subscript> respiration due to 1,000 years of Dutch coastal peatlands cultivation

Coastal plains are amongst the most densely populated areas in the world. Many coastal peatlands are drained to create arable land. This is not without consequences; physical compaction of peat and its degradation by oxidation lead to subsidence, and oxidation also leads to emissions of carbon dioxide (CO₂). This study complements existing studies by quantifying total land subsidence and associated CO₂ respiration over the past millennium in the Dutch coastal peatlands, to gain insight into the consequences of cultivating coastal peatlands over longer timescales. Results show that the peat volume loss was 19.8 km³, which lowered the Dutch coastal plain by 1.9 m on average, bringing most of it below sea level. At least 66 % of the volume reduction is the result of drainage, and 34 % was caused by the excavation and subsequent combustion of peat. The associated CO₂ respiration is equivalent to a global atmospheric CO₂ concentration increase of ~0.39 ppmv. Cultivation of coastal peatlands can turn a carbon sink into a carbon source. If the path taken by the Dutch would be followed worldwide, there will be double trouble: globally significant carbon emissions and increased flood risk in a globally important human habitat. The effects would be larger than the historic ones because most of the cumulative Dutch subsidence and peat loss was accomplished with much less efficient techniques than those available now.     

Experimental investigation of the metamorphism of siliceous dolomites

For the reaction: 1 diopside+3 dolomite ?2 forsterite+4 calcite+2 CO₂ (14) the following P _total?T-brackets have been determined experimentally in the presence of a gasphase consisting of 90 mole%CO₂ and 10 mole%H₂O∶1 kb, 544°±20° C; 3kb, 638°±15° C; 5kb, 708°±10° C; 10kb, 861°±10° C. The determination was carried out with well defined synthetic minerals in the starting mixture. The MgCO₃-contents of the magnesian calcites formed by the reaction in equilibrium with dolomite agree very well with the calcite-dolomite miscibility gap, which can be recalculated from the activities and the activity coefficients of MgCO₃ as given by Gordon and Greenwood (1970). The equilibrium constant K _14b was calculated with respect to the reference pressure P ₀=1 bar using the experimentally determined \(P_{total} TX_{CO_2 }\) brackets, the activities of MgCO₃ and CaCO₃ (Gordon and Greenwood 1970; Skippen 1974) and the fugacities of CO₂ Holloway (1977) considering the correction of Flowers (1979). Results are plotted as function of the absolute reciprocal temperature in Fig. 1. For the temperature range of 530° to 750° C the following linear expression can be given for the natural logarithm of K_14b: (g) $$[ln K_{14b} ]_T^P = - \frac{{18064.43}}{{T\left( {^\circ K} \right)}} + 38.58 + \frac{{0.308(P - 1 bar)}}{{T\left( {^\circ K} \right)}}$$ where P is the total pressure in bars and T the temperature in degrees Kelvin. Combining Equation (g) with the activities of MgCO₃ and CaCO₃ gives the equilibrium fugacity \(f_{CO_2 }\) : (i) $$[ln f_{CO_2 } ]_T^P = - \frac{{11635.44}}{{T\left( {^\circ K} \right)}} + 21.09 + \frac{{0.154(P - 1 bar)}}{{T\left( {^\circ K} \right)}}$$ Equation (i) and the fugacities of CO₂ permit to calculate the equilibrium data in terms of \(P_{CO_2 }\) and T (see Fig. 3) or P _total, T and \(X_{CO_2 }\) (see Fig. 5). Combining the \(P_{total} TX_{CO_2 }\) equilibrium data of the above reaction with those of the previously investigated reaction (Metz 1976): 1 tremolite+11 dolomite ?8 forsterite+13 calcite+9 CO₂+1 H₂O yields the stability conditions of the four-mineral assemblage: diopside+calcian dolomite+forsterite +magnesian calcite and the stability conditions of the five-mineral assemblage: tremolite+calcian dolomite+forsterite +magnesian calcite+diopside both shown in Fig. 6. Since these assemblages are by no means rare in metamorphic siliceous dolomites (Trommsdorff 1972; Suzuki 1977; Puhan 1979) the data of Fig. 6 can be used to determine the pressure of metamorphism and to estimate the composition of the CO₂-H₂O fluid provided the temperature of the metamorphic event was determined using the calcite-dolomite geothermometer.     

Bau und Entwicklung des Harznordrandes bei Bad Harzburg

Zusammenfassung Konglomeratische Oberkreidesandsteine im Raum Bad Harzburg wurden auf ihren Geröll- und Leitmineralgehalt hin untersucht. Aus der Leitmineralverteilung ergibt sich die stratigraphische Stellung der Emscher- und Senonvorkommen zueinander; aus der Geröllführung geht hervor, daß der Brockengranit bereits im Oberemscher im Erosionsniveau lag und die Aufrichtungszone mesozoischer Gesteine am Harznordrand auch im Schimmerwaldgebiet bis zum Quadratensenon übertage vorhanden war, obwohl sie heute hier nicht mehr zu finden ist. Ursache dieser Erscheinung ist ein Schollenabbruch aus dem Dach des Ilsenburggranits, der an der Wende Granulaten-Quadratensenon erfolgte und zu einer lokalen Überfahrung der Aufrichtungszone geführt hat. Die geologische Neuaufnahme des Paläozoikums nördlich des Ilsenburggranites stellt die heutigen Lagerungsverhältnisse dieses Gebietes klar; sie werden bei der Rekonstruktion der ursprünglichen Lagerung und des Bewegungsvorganges zugrunde gelegt, dessen Ergebnis die teilweise Überdeckung des Vorlandes ist. Ein ähnlicher Vorgang liegt auch am benachbarten Okervorsprung der Harznordrandlinie vor.Unter Berücksichtigung der Ergebnisse neuer Tiefbohrungen im Subherzyn wird eine Auffassung von Ablauf und Ursachen tektonischer Vorgänge in diesem Raum entwickelt, die der herrschenden Meinung in zahlreichen Punkten widerspricht:Eine echte Faltung des Subherzyns im Mesozoikum, die bisher vermutete starke Nordbewegung der Harzscholle und eine ausschließliche Bindung tektonischer Vorgänge in diesem Gebiet an orogene Phasen wird abgelehnt.Auslösender Vorgang aller tektonischen Erscheinungen im Subherzyn ist eine vertikale Differentialbewegung der Harz- und Vorlandscholle, die sich seit Ausgang des Paläozoikums gleichsinnig, aber mit örtlich und zeitlich wechselnder Intensität, abspielt.     

Salztektonik in Nordwestdeutschland und Rumänien

Ohne Zusammenfassung     

Zur Einführung in einige Probleme der Ostalpinen Zentralzone

Ohne Zusammenfassung     

Die rshythmischen Bewegungen der Kreidegeosynklinale der Ostkordillere Kolumbiens

Zusammenfassung Die Schichten, die die 1400 km lange und bis 250 km breite, SSW-NNE streichende Ostkordillere Kolumbiens aufbauen, reichen altersmäßig vom Präkambrium bis ins Quartär. Unter ihnen nehmen die Ablagerungen der Kreide den größten Raum ein. Die größte Mächtigkeit zeigt diese in der Umgebung von Bogotá (Becken von Cundinamarca) mit 16.000 m, nach N sinkt sie allmählich auf 2600 m und gegen das Südende der Kordillere auf wenige hundert Meter ab.Im Becken von Cundinamarca besteht die Kreide zum überwiegenden Teil aus dunklen, bathyalen Schiefertonen, in die sich in mehr oder minder regelmäßigen Abständen Sandsteine, Kalke und andere litorale bis epineritische Schichten einschalten. Bei Berücksichtigung des Fossilinhaltes, vor allem der Ammoniten, ergibt sich, daß die Seichtwasserschichten stets an der Grenze von Stufen oder Unterstufen liegen. Die Absenkung der Kreidegeosynklinale der Ostkordillere erfolgte also zyklisch. Am Beginn jeder Stufe (und Unterstufe) sank sie rasch ab und es bildeten sich bathyale Schiefertone. Dann kam die Absenkung allmählich zum Stillstand, litorale Sedimente rückten ins Beckeninnere vor und vielfach wurde die Sedimentation unterbrochen. Mit Beginn jeder neuen Stufe oder Unterstufe wanderten neue pelagische Faunen in die Geosynklinale ein, während sich die litoralen Faunen mehrere Stufen hindurch erhielten.Aus der gleichartigen lithologischen Beschaffenheit und der nahezu gleichen Mächtigkeit der Stufen läßt sich schließen, daß sie im gleichen Zeitraum von 6 Millionen Jahren (die Unterstufen in 2 Millionen Jahren) abgelagert wurden.Neben den Stufenzyklen lassen sich größere (Großzyklen) von 18–20 Millionen Jahren Dauer erkennen. Sie werden durch tektonische Bewegungen und nachfolgende weiträumige Transgressionen eingeleitet. Diese Großzyklen beginnen mit dem Tithon, Hauterive, Alb und Senon. Die Stufenzyklen setzen in weiten Teilen der Erde gleichzeitig ein, die Großzyklen hingegen gehen wellenförmig über die Erdoberfläche. Es wird deshalb angenommen, daß die Stufenzyklen ihre Ursache in größeren Erdtiefen haben als die Großzyklen.

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Within the 1400 kms. long and up to 250 kms. wide SSW-striking Eastern Cordillera of Columbia Precambrian to Recent members are met with. Cretaceous sediments are thickest (Cundinamarca-Basin near Bogota: 16 000 metres). This Cretaceous consists mainly of dark shales with litoral to epineritic sandstones etc.Cyclic subsidence of this geosyncline took place 3-times within about 2 Million years. Megacycles amount to 18–20 Million years. They begin with transgression in Tithonian, Hauterive, Albian and Senonian times.

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Résumé Les couches qui forment la cordillère orientale de la Colombie de direction SSW-NNE, sur une longueur de 1400 km et avec une largeur atteignant 250 km, ont un âge qui va du Précambrien au Quaternaire. Les dépots du Crétacé en occupent la plus grande partie; leur épaisseur la plus forte (16.000 mètres) a lieu dans les environs de Bogotá (Bassin de Cundinamarca); elle diminue progressivement vers le Nord jusqu'à 2.600 m, et à l'extrémité sud de la cordillère elle se réduit à quelques centaines de mètres.Dans le bassin de Cundinamarca le Crétacé est formé essentiellement de schistes bathyaux, foncés, entre lesquels s'intercalent à des distances plus ou moins régulières des grès, des calcaires et d'autres strates littorales ou épinéritiques. L'examen des fossiles, en premier lieu les ammonites, montre que les couches de faible profondeur d'eau se trouvent toujours à la limite d'étages ou de sous-étages. La subsidence du géosynclinal crétacé de la cordillère occidentale s'est faite de façon cyclique. Au début de chaque étage (ou sous-étage) la subsidence était rapide et il se formait des schistes bathyaux. Puis la subsidence s'arrêtait peu à peu; des sédiments littoraux envahissaient l'intérieur du bassin et souvent la sédimentation était interrompue. Au début de chaque nouvel étage ou sousétage, des nouvelles faunes pélagiques envahissaient le géosynclinal, tandis que les faunes littorales se maintenaient durant plusieurs étages. De la similitude des propriétés lithologiques et de la puissance sensiblement égale des étages, on peut déduire que ceux-ci se sont déposés au cours d'une période égale à 6 millions d'années (2 millions pour les sous-étages). En plus des cycles d'étages, on peut distinguer des cycles majeurs d'une durée de 18–20 millions d'années. Ils sont amenés par des mouvements tectoniques et les transgressions de grande ampleur qui les suivent. Ces cycles majeurs débutent au Tithonique, é l'Hauterivien, à l'Albien et au Sénonien. Les cycles d'étages débutent en même temps dans de grandes parties du monde; les cycles majeurs par contre se déplacent comme des ondes sur la surface terrestre. C'est pourquoi nous admettons que les cycles d'étages ont leur cause dans des parties plus profondes de la terre que les cycles majeurs.

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