Rauhwacken und ihre Entstehung

This publication comprises the results of a detailed investigation of rauhwackes regarding both their stratigraphic/tectonic positions and their macroscopic/microscopic aspects. The conclusion drawn is that rauhwackes are carbonate breccias of tectonic origin, which usually suffered extensive recrystallization and calcitization. Moreover, these breccias became strongly weathered as a result of which they acquired a typical porous to cavernous appearance. Rauhwackes were formed by way of brecciation of carbonate rocks with a comparatively slight cohesion of their constituting grains; these rocks have been deposited in a saline environment. Rauhwackes may be divided into two main varieties:

1. monomict rauhwaekes, formed by fragmentation of only one type of rock (usually a sucrose dolostone), and
2. polymict rauhwackes, formed by fragmentation and mixing of two or more types of rock.

The typical boxwork rauhwackes represent a subtype of monomict rauhwackes. They originated from fractured dolostones and are extensively developed in only slightly tectonized regions, e. g. in the German Zechstein and Muschelkalk. Polymict rauhwackes represent intraformational crush-breccias which were formed by sliding (décollement) parallel to the bedding. Examination of polymict rauhwackes occurring in the metamorphic nappes of Tertiary orogenes may increase our knowledge about the relation existing between the tectonic evolution and Alpine metamorphism in these orogenes.     

Grundzüge der Geotektonischen Entwicklung Südafrikas

Zusammenfassung Der südafrikanische Subkontinent kann genetisch in drei Einheiten verschiedenen Alters und unterschiedlicher Entwicklung gegliedert werden. Der älteste Teil wurde etwa vor 3000×10⁶ Jahren stabiler Schelf. Die folgende Geosynklinalbildung — nicht so eindeutig umrissen wie die erste — erlebte ihre Hauptdeformation etwa eine Milliarde Jahre später. Der jüngste Deformationsgürtel erstreckt sich parallel zum Atlantischen Ozean und dürfte ans Ende des Präkambriums zu stellen sein.Präkambrische Geosynklinalen scheinen ausgedehnter und langsamer in ihrer Entwicklung gewesen zu sein als jüngere analoge Einheiten. Früharchaische, kaum deformierte und nur schwachmetamorphe Einheiten werden aus dem östlichen Südafrika beschrieben.

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According to the structural evolution of South Africa the subcontinent can be divided into three major units of different age and historical development. The oldest part became a stable shelf about 3000×10⁶ years ago. The following geosyncline, not as well defined as the first unit, was subjected to its major folding about 1000×10⁶ years later. The youngest belt, parallel to the Atlantic Ocean, is of late Pre-Cambrian age.Pre-Cambrian geosynclines apparently have not only been considerably larger, but also required much longer time for the completion of one geotectonic cycle than during younger, post-Cambrian periods of the earth's history. The existence of hardly folded and very slightly metamorphosed early Archean rocks is described of the eastern part of South Africa.

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Résumé Conformément à l'évolution structurale de l'Afrique du Sud, cette partie du continent peut être divisée en trois unités principales d'âges et de développement historique différents. La partie la plus ancienne devint un massif stable il y a quelque 3.000×10⁶ années. Le géosynclinal suivant, qui n'était pas aussi bien défini que le premier, a subi son plissement principal quelque 1000×10⁶ années plus tard. Le segment le plus jeune, parallèle à l'Océan atlantique, est d'âge précambrien récent.Les géosynclinaux précambriens non seulement semblent avoir été considérablement plus vastes, mais ont pris également pour accomplir un cycle géotectonique un temps plus long que lors des périodes plus récentes de l'histoire de la terre, postérieures au Cambrien. L'existence de roches archéennes anciennes à peine plissées et très faiblement métamorphosées est décrite dans la partie orientale de l'Afrique méridionale.

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Early miocene post-collisional calc-alkaline magmatism along the easternmost segment of the periadriatic fault system (Slovenia and Croatia)

Summary Early Miocene calc-alkaline igneous rocks from the easternmost segment of the Periadriatic fault system can be subdivided into two series of different alkalinity: (1) Volcanics which occur in the vicinity of the Velenje-Rogatec Line range from high-alumina basalt via low-K and medium-K andesites to medium-K dacites. (2) In the Pohorje Mountains mafic rocks are lacking. A high-K tonalitic pluton crystallized at pressures of about 0.7 GPa as indicated by Al-in-hornblende barometry and accessory magmatic epidote. Rapid exhumation of the tonalite during dextral transtension along the Periadriatic fault system is indicated by tonalitic pebbles in Helvetian (?) clastic sediments. High-K andesitic to dacitic volcanics are interlayered with, and dikes cut, the clastic sediments.Compositional variations shown by the volcanics from the Velenje-Rogatec Line are consistent with fractionation of the observed phenocryst assemblages (olivine, plagioclase, clinopyroxene, orthopyroxene, titanomagnetite). Substantial fractionation of plagioclase is indicated by decreasing Sr/Nd and Sr/Y values and increasing negative Eu anomalies with increasing SiO₂. All samples have chondrite-normalized HREE > 9.6 and low (Tb/Yb)_n ratios (1.29–1.08). With increasing SiO₂, the abundances of HREE and Y (18 to 39 ppm) increase and those of Sc (32.5 to 20.9 ppm) decrease slightly. These features, together with low Hf/Lu and Zr/Y values (10.1–5.7 and 5.7–3.6, respectively), rule out garnet as a major fractionating phase. Since (La/Yb)_n values (3.24–6.59) do not increase with SiO₂ and chondrite-normalized REE patterns do not show concave-upward shapes, fractionation of amphibole was probably insignificant. Although Rb/Cs values ( 18) are generally low, a significant contribution by continental crustal materials to the magmas by an AFC process is suggested by negative correlations of Nb/U(7.16 to 3.14) and Nb/Th(2.14 to 0.87) values with SiO₂, as well as by low Hf/Ta(7.8–3.4), and in part also by K/Rb (340-71) and Zr/Rb (5.0–1.7) values.Rocks from the Pohorje Mountains have high abundances of U. Values of Nb/U and Nb/Th are low (3.55 to 1.85 and 1.27 to 0.64, respectively) and are negatively correlated with SiO₂. These features, in combination with high values of Ba/Nb (56 to 93), Ba/La (23–30), and Rb/Cs (19–56), as well as with previously published ¹⁸O values ( 9) for the tonalite indicate a substantial contribution of the continental crust to these magmas. High Sr abundances (455 to 984 ppm) and moderate negative Eu anomalies suggest that fractionation of plagioclase was of minor importance. Although the rocks have relatively low Sc (9.3 to 3.8 ppm) and Y (21 to 14 ppm) contents, low (Tb/Yb)_n values (1.67–1.14) indicate that garnet was not a major fractionating phase. Instead, fractionation of amphibole is a viable mechanism to explain the combination of high (La/Yb)_n (21.8–13.1) and low (Tb/Yb)_n.

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Untermiozäner, kalkalkaliner Post-Kollisions-Magmatismus entlang des östlichsten Segmentes des periadriatischen Störungssystems (Slowenien und Kroatien)

Zusammenfassung Untermiozäne Kalkalkali-Magmatite aus dem östlichen Bereich des Periadriatischen Lineaments gliedern sich in zwei Serien unterschiedlicher Alkalinität: (1) Entlang der Velenje-Rogatec-Linie treten High-Al-Basalte, Low-K- und Medium-K-Andesite und Medium-K-Dazite auf. (2) Im Pohorje-Gebirge, wo basische Magmatite fehlen, kristallisierte ein High-K-Tonalit bei Drücken von ca. 0.7 GPa (Al-in-Hornblende-Barometer, magmatischer Epidot). Gerölle dieses Tonalits in einer untermiozänen (Helvet?) klastischeu Abfolge belegen eine schnelle Heraushebung des Tonalits durch dextrale Transtension im östlichsten Bereich des periadriatischen Lineaments. Eingeschaltet in die klastischen Sedimente sind andesitische bis dazitische Pyroklastika und Laven sowie diskordante dazitische Gänge, die alle der High-K-Serie angehören.Die chemische Variation innerhalb der Vulkanitserie von der Velenje-Rogatec-Linie läßt sich durch Fraktionierung der Einsprenglingsminerale Olivin, Plagioklas, Klinopyroxen, Orthopyroxen und Titanomagnetit erklären. Abnehmende Sr/Nd- und Sr/Y-Werte und zunehmende negative Eu-Anomalien mit steigendem SiO₂ weisen auf eine bedeutende Plagioklas-Fraktionierung hin. Alle Vulkanite besitzen hohe Gehalte an schweren Seltenen Erden (chondritnormiert > 9.6) und geringe (Tb/Yb)_n-Werte (1.29–1.08). Mit zunehmendem SiO₂ nehmen die Gehalte an Yb(2.02 bis 4.30 ppm) und Y(18 bis 39 ppm) zu, während die Sc-Gehalte (32.5 bis 20.9 ppm) nur geringfügig abnehmen. Diese Charakteristika, zusammen mit geringen Hf/Lu- und Zr/Y-Werten (10.1–5.87 bzw. 5.7–3.6), schließen Granat als wesentliche, fraktionierende Phase aus. Da die (La/Yb)_n-Verhältnisse (3.24–6.59) nicht mit SiO₂ korrelieren und die chondritnormierten SeltenenErden-Muster keine nach oben konkaven Formen aufweisen, spielte die Fraktionierung von Amphibol keine wesentliche Rolle. Trotz geringer Rb/Cs-Werte ( 18) wird eine beträchtliche krustale Kontamination der Magmen angenommen. Für einen AFC-Prozeß sprechen negative Korrelationen von Nb/U(7.16–3.14) und Nb/Th(2.14–0.87) mit SiO₂ (bei steigenden Nb-, U- und Th-Gehalten), geringe Hf/Ta-Werte (7.8–4.3) und teilweise auch geringe K/Rb- (340-71) und Zr/Rb-Verhältnisse (5.0–1.7).Die Magmatite des Pohorje-Gebirges weisen hohe U-Gehalte sowie geringe Nb/U-und Nb/Th-Verhältnisse auf (3.55–1.85 bzw. 1.27–0.64), die eine schwache negative Korrelation mit SiO₂ zeigen. Zusammen mit hohen Ba/Nb-(56–93), Ba/La-(23-30) und Rb/Cs-Verhältnissen (19–56) sowie bereits publizierten ⁸O-Werten ( 9) weisen diese Eigenschaften auf einen beträchtlichen Anteil assimilierten Krustenmaterials in den Magmen hin. Hohe Sr-Gehalte (455–984 ppm) und relativ geringe negative Eu-Anomalien machen es unwahrscheinlich, daß während des AFC-Prozesses in der Unterkruste wesentliche Mengen an Plagioklas fraktioniert wurden. Obwohl die Gehalte an Sc (9.3–3.8 ppm) und Y (21–14 ppm) relativ gering sind, scheidet Granat aufgrund der geringen (Tb/Yb)_n- Verhältnisse (1.67–1.14) als dominierende Fraktionierungsphase aus. Die Kombination von hohen (La/Yb)_n- Verhältnissen (21.8–13.1) und geringen (Tb/Yb)_n-Verhältnissen deutet eher auf Amphibol als wichtige, fraktionierende Phase hin.

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With 9 Figures     

The character of the fine fractions of the bottom sediments of the Bohemian part of the Labe (Elbe) river

The amounts of fractions with size 63 m in the bottom sediments of the Bohemian part of the Labe (Elbe) river is variable. The grain-size distribution is poorly to very poorly sorted with a mean particle size from 5.1 to 12.2 m.The crystalline phase of recent sediments of the Labe river draining various types of parent rocks has a simple mineral composition, with predominant mica/illite, quartz, kaolinite and chlorite (±vermiculite ±smectite). There are also very small amounts of interstratification of 10 Å and 14 Å sheet silicates (11–13.6 Å). Small amounts of Na-rich plagioclase, K-feldspar and calcite have also been found; accessory amounts of amphibole, authigenic gypsum and pyrite are also present. Opal in diatomic tests is an omnipresent constituent. In the amorphic inorganic phase, hydrated oxides predominate, where Si >Al >Fe >Mn in a ratio of 64:28:22:1. The greatest amount of amorphous inorganic and organic phases were found in the 4 m fraction.A considerable part of the detrital material originates from soils formed on various igneous, metamorphic and sedimentary rocks, transported to the Labe by other rivers or directly by erosion in the immediate vicinity of the Labe river.     

Die röntgenographische und optische Gefügeanalyse von Erzen,insbesondere mit dem Zählrohr-Texturgoniometer

Quantitative determinations of preferred orientation of opaque minerals have been made only in a few cases by measuring cleavage faces (galena,D. Schachner-Korn). In this paper several methods are investigated critically which are likely to allow the determination of pole figures of ore minerals in a reasonable time. In the first part the special difficulties are discussed which occur in measurements of preferred orientation with X-ray pole figure goniometers (reflection method byL. G. Schulz) when the specimen consists of more than one mineral, when the mineral investigated is coarse-grained, and when the specimen is small. A critical discussion of instrumental errors is included. This method can now also be applied to the determination of preferred orientation in rocks, ceramic materials, etc. In the second part optical methods are given which include the construction of pole figures from measurements of bireflection and polarization figures of uniaxial minerals in reflected light. Examples of pole figures of pyrrhotite, hematite, pyrite, sphalerite, and chromite are given.

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Der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen als Habilitationsschrift vorgelegt.     

Analysis of cyclical sedimentation in the lower Permian Mchuchuma coalfield (South-West-Tanzania)

A statistical approach by a modified Markov process model was used to prove that the lower Permian coal measures of the Tanzanian Mchuchuma basin developed distinct cyclicities during deposition. From results the transition path of lithologic states typical for this coal sequence is as follows: (A) coarse sandstone, (B) medium sandstone, (C) fine-very fine sandstone, (D) shale, (E) mudstone, (F) coal or (E+F) and again (A) coarse sandstone. The majority of cycles is are asymmetric (ABCDEF-ABC.)but symmetrical cycles are present as well (ABCDEFED). The statistical results concur with observed sedimentological evidence of depositional environment. Fining upward cycles correspond to the development of basal channel bars, changing into levées, then into back swamps which are topped by coal swamps. Frequent interbedding of coal and mudstone in the upper part of the coal measures calls for periodic flooding and flushing of fine clastics into coal-forming swamps causing interruption of peat formation. Cyclical deposition is explained by wandering channels in response to varying discharge and rate of deposition, their lateral frequent shifting caused the formation of asymmetrical cycles in this fluviodeltaic depositional model.

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Zusammenfassung Das kohleführende untere Perm des Mchuchuma Beckens (SW-Tanzania) wurde statistisch mit Hilfe der Markov Analyse auf Zyklizität innerhalb der Abfolge untersucht. Die statistischen Daten zeigen, daß die bevorzugte und für dieses Kohlebecken typische Sequenz folgende lithologische Abfolge umfaßt: (A) grober Sandstein, (B) mittlerer Sandstein, (C) feiner Sandstein, (D) Siltstein, (E) Tonstein, (F) bzw. (E+F) Kohle und erneut (A) grober Sandstein. Es existieren meist asymmetrische Zyklen (ABCDEF-ABCD...) aber symmetrische Zyklen (ABCDEFED) treten ebenfalls auf. Die Markov Analyse ergänzt sehr gut die Beobachtungen bezüglich des Ablagerungsmilieus in den Aufschlüssen. »Fining up« Zyklen beginnen mit basalen Gerinnesanden, überlagert von levée Ablagerungen, welche ihrerseits übergehen in »back swamps« und Kohlesümpfe. Der obere Teil der Kohleabfolge ist durch häufige Wechsellagerungen von Kohle mit Tonstein charakterisiert, die auf periodische Überflutungen und Verfrachtungen von Feinklastika in die Kohlesümpfe zurückzuführen sind. Wandernde Flußgerinne, ausgelöst durch rasch wechselnde Sedimentfracht und Ablagerungsrate, führten zu zyklischen Ablagerungen. Häufig auftretende laterale Gerinneverlagerungen erklären die asymmetrischen Zyklen in diesem fluvio-deltaischen Ablagerungsmodell.

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Résumé Des analyses statistiques ont été effectuées par la méthode de Markov sur le Permien inférieur charbonnier du bassin de Mchuchuma (Tanzanie du sud-ouest) dans le but de montrer l'existence de cycles sédimentaires. Les résultats font apparaître une séquence, typique de ce bassin, qui s'ordonne ainsi de bas en haut: (A) grès grossier, (B) grès moyen, (C) grès fin à très fin, (F) siltite, (E) pélite, (F) charbon ou (E+F) et de nouveau (A) grès grossier. Les cycles sont pour la plupart assymétriques (ABCDEF-ABC...) mais il en existe aussi de symétriques (ABCDEFED).Les résultats obtenus par la méthode de Markov concordent avec les observations sédimentologiques relatives au milieu de dépôt. Les cycles granoclassés débutent par des sables fluviatiles surmontés par des dépôts de levées suivis à leur tour de »back swamps«, et se terminent par des dépôts de marais tourbeux. La partie supérieure de la série est caractérisée par une stratification alternée de charbon et de pélite due à des inondations périodiques amenant dans les marais des produits clastiques fins qui interrompaient la formation de la tourbe. La sédimentation cyclique s'explique par la migration de chenaux, provoquée par les variations de l'apport sédimentaire et de la vitesse de dépôt. Les fréquents déplacements latéraux des chenaux expliquent l'asymétrie des cycles, dans ce modèle fluvio-deltaïque.

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- Mchuchuma (-). , : (A) ; (B) ; (C) - ; (D) ; (E) ; (F) , (E + F) (A) . (ABCDEF-ABCD), (ABCDEFED). . « » , , , . (). , , , . / .

     

Dispersion of surface plumes in the Southern North Sea

Summary Continuous releases of fluorescent dye were made in the southern North Sea and the power law dependence of the plume width, represented by _y , against the diffusion time determined. The spreading was non-Fickian and could be represented in the form _y ² =B ² t whereB was a diffusion velocity of magnitude 1.4×10^–2 m/s. Such spreading was reproduced in both particle tracking and finite difference plume models by allowing the horizontal diffusivity,K _H, to depend linearly on diffusion time. The weakness of this method is that it is not clear how the diffusion parameters can be extrapolated to weather conditions that are different to those prevailing at the time of the experiments. However, comparable spreading rates were obtained by combining a Fickian diffusion model with an advective field that represented the near-surface current shears due to wind and waves. The resulting shear diffusion effect produced realistic simulation of the observed dispersion rates. An advantage of this approach is that it enables predictions to be made over a range of weather conditions provided that the wind and wave shears can be accurately parameterized.

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Ausbreitung von Tracerwolken an der Oberfläche in der südlichen Nordsee

Zusammenfassung Fluoreszierender Farbstoff wurde in der südlichen Nordsee kontinuierlich freigesetzt und die Breite der Wolke, repräsentiert durch _y , in Abhägigkeit von der Ausbreitungszeit bestimmt. Die Ausbreitung folgte nicht dem Fickschen Ansatz und konnte in der Form _y ² =B ² t dargestellt werden, wobeiB eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Größenordnung 1.4×10^–2 m/s darstellt. Eine derartige Ausbreitung wurde sowohl mit Modellen des Partikel-Tracking als auch mit Modellen der finiten Differenzen reproduziert, wobei die horizontale AusbreitungsgrößeK _H linear von der Diffusionszeit abhängig war. Die Schwäche dieser Methode ist, daß es nicht klar ist, wie die Diffusions-Parameter für andere Wetterbedingungen als zur Zeit des Experiments zu extrapolieren wären. Vergleichbare Ausbreitungsverhältnisse werden durch die Kombination eines Fickschen Diffusionsmodells mit einem advektiven Feld erreicht, welches die oberflächennahen durch Wind und Wellen verursachten Stromscherungen berücksichtigt. Der so resultierende Scher-Diffusions-Effekt erbrachte ein realistische Simulation der beobachteten Ausbreitung. Ein Vorteil dieses Vorgehens ist, daß es Vorhersagen über einen Bereich von Wetterbedingungen ermöglicht, vorausgesetzt, daß die durch Wind und Wellen verurschte Scherung zutreffend parameterisiert werden kann.

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La dispersion de la panache de surface dans la partie sud de la Mer du Nord

Résumé A partir de déversements continus de produits fluorescents effectués dans la partie sud de la Mer du Nord, on a pu déterminer l'expression de la largeur du panache _y , par son carré en fonction du temps de diffusion. La dispersion n'était pas du type Fickian et était représentée sous la forme _y ² =B ² t aB était une vitesse de diffusion de grandeur égale 1.4×10^–2 m/s. Une telle dispersion peut être reproduite par une modélisation du panache à la fois par suivi de particules et aux différences finies en admettant que le coefficient de diffusion horizontaleK _H dépendait linéairement du temps. L'inconvénient de cette méthode est qu'il n'est pas facile de savoir comment les paramètres de diffusion peuvent être extrapolés à des conditions météorologiques différentes de celles prévalant au moment des expériences. Quoi qu'il en soit, des taux de dispersion comparables ont été obtenus en combinant un modèle de diffusion Fickian avec un champ d'advection qui représentait les cisaillements de courant de surface dus au vent et aux vagues. L'effet de diffusion du cisaillement résultant produisit une simulation réaliste des taux de dispersion observés. Un avantage de cette approche est de rendre possible des prédictions réalisées à travers un éventail de conditions météorologiques à condition que les cisaillements liés au vent et aux vagues puissent être paramétrisés avec précision.

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SUJETS A TRAITER POUR L'ASSEMBLÉE DE 1960

ABSTRACT

The present paper reports on some practical experiences gained in computing unit hydrographs (UH) according to the “classical” linear theory. The sizes of the drainage basins varied from 50 to 800 km² of hilly country.     

Das Sockelstockwerk in den Randzonen der Urkontinente

The rocks of the cratonic foreland extend underneath many orogens, where they are subjected to “regeneration” during the geosynclinal phase and to superimposed structures during the folding of the orogen. Such structural and metamorphic alterations are now exposed in the “Sockelstockwerk” of certain orogenic belts in Africa, America, Australia and Europe. In this deep level, originally situated between the bottom of the geosyncline and the migmatite stockwerk, the following zones have been observed along the total length of the orogenic belt: border zone along the margin of the cratonic foreland: broad belt with superimposed structures of two (ore more) different orogenic deformations; main vergency fan, marking the central axis of the orogen. This fan often is a lineament with deep roots and a structure of continental importance.