Geologic aspects of landfill refuse disposal

The decomposition of solid waste materials in sanitary landfills produces liquids and gases which are deleterious to human beings, animals, plants and inorganic geologic materials. This paper presents a summary of leachate characteristics and discusses the effects of leachate on groundwater quality and carbonate strata. A system for site evaluation for purposes of sanitary landfill is also presented. The characteristics of the soil and rock at a site are included in the evaluation system through assessment of their infiltration potential, permeability, filtering capability and absorption potential. The characteristics of the groundwater at a site are taken into consideration through assessment of the substrate potential, buffering capacity and distributive potential (for contaminants). Formulae are stated to allow determination of evaluation parameters, and an example of the application of the rating system is presented. Use of the site-evaluation system will improve the quality of site selection and will reduce contamination and pollution problems created by construction of refuse landfills at unsuitable locations.     

Relationships between macroalgal biomass and nutrient concentrations in a hypertrophic area of the Venice Lagoon

Macroalgae biomass and concentrations of nitrogen, phosphorus and chlorophyll a were determined weekly or biweekly in water and sediments, during the spring-summer of 1985 in a hypertrophic area of the lagoon of Venice. Remarkable biomass production (up to 286 g m⁻² day⁻¹, wet weight), was interrupted during three periods of anoxia, when macroalgal decomposition (rate: up to 1000 g m⁻² day⁻¹) released extraordinary amounts of nutrients. Depending on the macroalgae distribution in the water column, the nutrients released in water varied from 3·3 to 19·1 μg-at litre⁻¹ for total inorganic nitrogen and from 1·8 to 2·7 μg-at litre⁻¹ for reactive phosphorus. Most nutrients, however, accumulated in the surficial sediment (up to 0·640 and to 3·06 mg g⁻¹ for P and N respectively) redoubling the amounts already stored under aerobic conditions, Phytoplankton, systematically below 5 mg m⁻³ as Chl. a, sharply increased up to 100 mg m⁻³ only after the release of nutrients in water by anaerobic macroalgal decomposition. During the algal growth periods, the N:P atomic ratio in water decreased to 0·7, suggesting that nitrogen is a growth-limiting factor. This ratio for surficial sediment was between 6·6 and 13·1, similar to that of macroalgae (8·6–12·0).     

Heavy metal content and lithological properties of recent sediments in the Northern Adriatic

Heavy metal (Hg, Pb, Cd, Cu, Cr, Ni, Co, Zn and Fe) concentrations, textural characters and mineralogical compositions have been determined on 246 surface sediment samples from the Northern Adriatic Italian sea area. The relationship between the heavy metals content and the pelite (< 63 μm fraction) percentage has been studied. All the metals resulted accumulated in the fine fraction with the following percentages (Hg, 95%; Zn, 86%; Pb, 82%; Cu, 79%; Cd, 74%; Ni, 70%; Cr, 65%; Co, 65% and Fe, 64%). The specific surface area has been measured on 44 samples and correlated to metal values. A fairly good (50% and more variation explained) linear correlation co-efficient has been found for Ni and Cu in the entire area, less significant correlation for other metals. In order to discriminate between natural and anthropogenic origin the metal concentrations on the whole sediment has been normalized on the basis of the pelite percentage. In the areal distributions drawn with the corrected values, zones contaminated by industrial discharges have been identified mainly in front of the lagoon of Venice.     

Blaualgenliteratur aus den Jahren 1967 und 1968 mit Ergänzungen aus den Jahren 1960 bis 1966

Ohne Zusammenfassung     

Investigations of intensities,aftershock statistics and the focal mechanism of Friuli earthquakes in 1975 and 1976

Isoseismal maps, derived from macroseismic observations in the epicentral region and in Switzerland for the Friuli earthquake of 6 May 1976, are presented. From these maps a focal depth ofh=8 km and a related attenuation factor of =0.001 can be estimated. An analysis of aftershocks reveals a slope ofp=0.85 for the logarithmic relationship between number of events and time. A firstmotion study for a preceding earthquake in Friuli on 24 March 1975, gives two possible fault plane solutions, both indicating a North-South direction of the axis of maximum shortening of the earth's crust.Contribution No. 146, Institute of Geophysics, Swiss Federal Institute of Technology, Zürich, Switzerland.     

Heavy metal contamination in surface sediments from the Gulf of Venice, Italy

The authors studied surface sediments from 102 stations in four areas of the three port entrances to the Lagoon of Venice, examining the relationships between textural character, mineralogical composition, and Hg, Pb, Cd, Cu, Ni, Cr, Zn, Co and Fe content. Heavy metal distribution allowed boundaries to be fixed between polluted and nonpolluted zones. While the Cavallino area is not polluted, very high concentrations of Zn, Pb and Hg in the two central areas, facing the Lido and Malamocco port entrances, respectively, suggest that wastes mainly from industrial production of zinc are present. High concentrations of Cr in the southern part of the Chioggia area are probably due to tannery wastes reaching the sea from the Brenta river.     

Zonen lateraler horizontaler Verschiebung in der Erdkruste und daraus ableitbare Aussagen zur globalen Tektonik

Zusammenfassung Es wird kurz auf die Ergebnisse der Untersuchungen über Horizontalverschiebungen im Bereich des alpidischen Gebirgsgürtels und der kontinentalen Kruste hingewiesen (Abb. 1, 2, 3). Großräumige tektonische Zusammenhänge sind nachweisbar, ein einheitliches planetares Lineamentsystem ist jedoch im känozoischen Verformungsbild nicht zu erkennen.Die Ansicht, daß die ozeanischen Rücken über einer im Erdmantel vertikal aufsteigenden Strömung liegen (Abb. 5 a) wird abgelehnt. Es wird die Hypothese aufgestellt, daß die ozeanischen Rücken dort liegen, wo unter der Lithosphäre im Erdmantel eine größte horizontale Fließgeschwindigkeit vorhanden ist (Abb. 5 b). Sowohl die charakteristische Zerschneidung der ozeanischen Rücken in relativ schmale Segmente wie auch die Knickung der linearen magnetischen Anomalien kann durch die Annahme einer weiträumigen horizontalen Strömung unter den ozeanischen Rücken erklärt werden (Abb. 8). In bezug auf die Strömungsrichtung in der Asthenosphäre werden Quer-Rücken, Parallel-Rücken und schief verlaufende Rücken unterschieden. Entlang den Horizontalverschiebungen, welche die Segmente der ozeanischen Rücken voneinander abtrennen, können sich 2 Rewegungsvorgänge abspielen und sich gleichzeitig überlagern: (a) Die relative horizontale seitliche Verschiebung bedingt durch den Ausdehnungsvorgang im zentralen Bereich des ozeanischen Rückens (sog. transform faulting) und (b) die relative horizontale seitliche Verschiebung, welche bedingt ist durch eine Zerscherung des Rückens als Ganzes (sog. wrench faulting) und die der erstgenannten Art der Verschiebung (a) in ihrem Sinn genau entgegengesetzt ist.Sowohl die Anordnung der Horizontalverschiebungen im alpidischen Gebirgsgürtel wie auch Verlauf und Struktur der ozeanischen Rücken weisen auf das Vorhandensein zweier Zentren oder Quellgebiete, eines im zentralen Pazifik (Pazifisches Zentrum), das andere 180 Längengrade davon entfernt im äquatorialen Afrika (Afrikanisches Zentrum) hin, die offenbar im geotektonischen Geschehen eine bedeutsame Rolle spielen.

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Results of investigation of Cenozoic strike-slip faults are summarized. In the range of the Alpide fold belt the nature of strike-slip faulting is wrench faulting (Figs. 1, 2, 3). Wrench faulting is also indicated in the crust of the NE-Pacific (Fig. 4).Special attention is given to the nature of faulting on the mid-oceanic ridges. The characteristic segmentation and apparent horizontal displacement of the oceanic ridges as well as the remarkable sharp bending of the magnetic lineation can hardly be explained by a convective upcurrent below the ridges. Sea-floor spreading is explained by assuming horizontal flow below the ridges (Fig. 5 b). As compared with the flow direction in the asthenosphere we may distinguish Transverse-ridges, Parallel-ridges and Oblique-ridges (Figs. 6, 7, 8). Along the great faults which cross the ridges, sea-floor spreading as well as a displacement of the ridge segments relative to each other may be going on simultaneously; both processes, transform faulting as well as wrench faulting, caused by the same flow pattern in the asthenosphere, overlap.Two geotectonic centers are indicated, one at 10° E, 0° N in Africa, the other at 170° W, 0° N in the central Pacific. We have to assume that underneath the lithosphère mantle material is flowing away from these centers. The horizontal component of flow velocity is gradually increasing and reaches a maximum of 50–60 degrees away from the centers (Fig. 10).

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Résumé L'analyse tectonique des systèmes de failles de décrochement actives pendant le Cénozoique fournit des indications sur la direction de la composante horizontale de la pression maximale dans la lithosphère continentale. On constate que cette direction s'accorde avec celle déduite des investigations séismologiques (Figs. 1, 2, 3).Un intérêt particulier est porté au mécanisme des grandes failles transversales qui coupent les dorsales médio-océaniques. L'hypothèse proposée est que, contrairement à la conception actuelle (Fig. 5 a), les dorsales médioocéaniques se situent là où, sous la lithosphère, dans l'asthénosphère, la composante horizontale de la vitesse de mouvement de matériel du manteau est la plus grande (Fig. 5 b). Cette hypothèse explique les structures caractéristiques des dorsales océaniques, aussi bien le cisaillement intensif des dorsales par les failles transversales que le changement brusque de direction des anomalies magnétiques (Figs. 6, 7, 8). D'après la direction de la composante horizontale du courant dans l'asthénosphère on peut distinguer: (a) les dorsales transversales, (b) les dorsales longitudinales et (c) les dorsales obliques. Dans le domaine des grandes failles coupant les dorsales océaniques deux types de mouvements horizontaux de sens opposés peuvent se superposer: (a) un movement dû à l'expansion de l'écorce dans la zone axiale de la dorsale (transform faulting) et (b) un mouvement de déplacement relatif des segments de la dorsale (wrench faulting).Deux centres géotectoniques sont indiqués, l'un à 10° E/0° N en Afrique centrale, l'autre à 170° W/0° N dans le Pacifique central. Il faut supposer qu'on a sous la lithosphère un mouvement du manteau de ces centres vers l'extérieur, dont la composante horizontale de la vitesse atteint un maximum à 50–60 degrés de distance de ces centres (Fig. 10).

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Beziehung zwischen Biomasse und Stickstoffgehalt des Phytoplanktons und die daraus ableitbare Anwendung der Bestimmungsmethoden für die Praxis

Zusammenfassung Im Zusammenhang mit der Verbesserung der Stickstoffmethode nach Kjeldahl durchSchmid [18] wurde die übereinstimmung des partikul?r gebundenen Stickstoffs (p.N) mit der aus Individuenzahl und Zellvolumen berechneten Biomasse (B) des Phytoplanktons überprüft. Ausser p. N undB wurde zum Teil auch die Trockensubstanz bzw. die aschenfreie Trockensubstanz gleichsam als Kontroll-und Bezugsgr?sse bestimmt. Untersucht wurde das Phytoplankton aus Netzproben und Sch?pfproben des Vierwaldst?ttersees im Ablauf eines Jahres; ferner das Kulturmaterial der PlanktonalgenOscillatoria rubescens undSynedra acus. Sowohl Netzproben als Algen aus Kulturen zeigen eine klare Beziehung 1. zwischen aschenfreier Trockensubstanz und partikul?rem Stickstoff, 2. zwischen aschenfreier Trockensubstanz und Biomasse und 3. zwischen Biomasse und partikul?rem Stickstoff. Die Verh?ltniszahlen der verglichenen Komponenten variieren je nach Algenart und Zusammensetzung des Planktons. Der prozentuale p.N-Gehalt (bezogen auf die aschenfreie Trockensubstanz) derOscillatoria rubescens betr?gt rund 10%, derjenige der Kieselalgen rund 7%. Das Verh?ltnis vonB zu p.N der Sch?pfproben hingegen variierte von Probeserie zu Probeserie. Innerhalb der einzelnen Probeserien jedoch ist das Verh?ltnis vonB zu p.N relativ konstant. Es werden Gründe diskutiert, die diese Unterschiede bedingen. Um das mühsame Ausz?hlen der Planktonorganismen und die Berechnung der Biomasse bei Seeuntersuchungen, speziell bei routinem?ssigen überwachungsprogrammen, teilweise zu umgehen, wird eine Untersuchungsweise vorgeschlagen, die es erm?glicht, die organisch geformte Substanz und zugleich die Zusammensetzung des Planktons mit verh?ltnism?ssig geringem Arbeitsaufwand zu erfassen.

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Summary In connection with the improvement of the nitrogen method bySchmid (18), the agreement of particulate nitrogen with the biomass (determined by the individuals counted and the cell volume calculated) of the phytoplankton was tested. For control and reference the dry weight and the ashfree dry weight or organic dry weight respectively were determined. Three types of material were investigated: Phytoplankton from net samples and samples of unfiltered lakewater which were taken monthly during a year from the Lake of Lucerne and algal material from cultures of the two common plankton algaeOscillatoria rubescens andSynedra acus. Within the net fractions and culture samples a good agreement is observed 1) between ash-free dry weight and particulate nitrogen, 2) between ash-free dry weight and biomass, 3) between biomass and particulate nitrogen. The proportional figures of the compared components vary depending on the alga species and the composition of the plankton. The content of particulate nitrogen (per ash-free dry weight) amounted to about 10% forOscillatoria rubescens and about 7% for diatoms. The ratio of biomass to particulate nitrogen of the samples of unfiltered lakewater may alter from one sample series to another. Within the single sample series however, the relationship of the biomass to the particulate nitrogen is generally constant. Reasons for these differences are discussed. On the basis of the investigations and the results obtained therefrom, a combined method applying the determination of the particulate nitrogenand the biomass is suggested. This method allows to reduce the time consuming calculation of the biomass in lake investigations, more particularly in routine survey programs. On the other hand it enables to determineboth the organic substance formed at the momentand the composition of the plankton in relatively short time.

     

Die pazifisch-antipazifische Bipolarität im Strukturbild der Erde und ihre geodynamische Deutung

Zusammenfassung Neue Untersuchungen über das Residualgeoid und laterale Variationen seismischer Geschwindigkeiten im unteren Mantel lassen in der Struktur des Erdmantels dieselbe pazifisch-antipazifische hemisphärische Symmetrie oder Bipolarität erkennen, welche auch im geotektonischen Struktur- und Bewegungsbild und in dem daraus abgeleiteten geotektonischen Referenzsystem (GRS), definiert durch den Pazifischen Pol P bei 170°W/O°N und den Afrikanischen Pol A bei 10°E/O°N, zum Ausdruck kommt. Nach den Ergebnissen seismologischer Untersuchungen (Dziewonski, 1984) ist sowohl im Gebiet des zentralen Pazifik als auch unter der Afrikanischen Platte im unteren Mantel, in 1000–2900 km Tiefe, relativ warmes und weniger dichtes Material vorhanden, das eine Tendenz zu aufsteigender Bewegung besitzt. In denselben Gebieten, d. h. im Gebiet der Pole P und A, wurde seinerzeit aufgrund geotektonischer Untersuchungen ebenfalls eine aufsteigende Strömung im Erdmantel postuliert und daraus ein Modell mantelweiter, quadrupolarer Konvektion, bestehend aus zwei Konvektionszellen mit gemeinsamer Symmetrieachse PA in der Äquatorialebene, abgeleitet. Dieses Konvektionsmodell steht in guter Übereinstimmung mit den neuen seismologischen und geodätischen Befunden und erfährt durch sie eine zusätzliche, vertiefte Begründung. Das Residualgeoid kann als Ergebnis einer unvollständigen Kompensation der sich überlagernden, entgegengesetzten Störeffekte (a) der lateralen Dichtevariationen, welche die Mantelströmungen bedingen, und (b) der durch die Strömung bedingten relativen vertikalen Verlagerung der Übergangszone zwischen unterem und oberem Mantel erklärt werden.Die im Gebiet der Pole P und A aufsteigende und unter der Lithosphäre divergierende Mantelströmung verursacht, wie die Aufspaltung Gondwanas und die Entwicklungsgeschichte des Systems der ozeanischen Rücken im pazifischen Gebiet eindrücklich demonstrieren, ein generelles, weitreichendes Auseinanderdriften der Lithosphäre von den beiden Polen weg. Über der Konvergenzzone des bizellularen Strömungssystems, in 60°-90° Distanz von den beiden Dehnungszentren, kommt es zur Anhäufung kontinentaler Lithosphäre und zur Entstehung eines erdumfassenden, ringförmigen, über Nord- und Südpol verlaufenden Gürtels von Kontinenten (vgl. die heutige Anordnung der Kontinente Nordamerika-Südamerika-Antarktis-Australien-Asien).Der durch den Kontinentgürtel verursachte Wärmestau bewirkt eine Störung des ursprünglichen Konvektionssystems. Das Konvektionssystem baut sich in neuer Orientierung auf mit aufsteigenden Ästen unter dem Kontinentgürtel und Symmetrieachse in der Äquatorebene. Das neue, quadrupolare Konvektionssystem führt später zur Aufspaltung des Kontinentgürtels (Geotektonischer Zyklus). Der Superkontinent Pangäa wird ebenfalls als erdumfassender, über Nord- und Südpol verlaufender Kontinentgürtel zwischen zwei Dehnungszentren P_p im Gebiet des Paläo-Pazifik und T_p im Gebiet der Paläo-Tethys, beide in antipodaler Position auf dem Äquator gelegen, interpretiert.Zur Geodynamik ergeben sich folgende Aussagen: (I) Als Maschine für einen möglichst wirksamen Abtransport überschüssiger Wärme aus dem Erdinnern entwickelt sich im Erdmantel ein mantelweites, quadrupolares Konvektionssystem. (II) Aus Gründen der Stabilität liegt die Symmetrieachse dieses Konvektionssystems in der Äquatorebene der Erde. (III) Die Verteilung der kontinentalen Lithosphäre bestimmt (lediglich) die Orientierung der Symmetrieachse des Systems in der Äquatorebene.

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The Pacific-antipacific bipolarity in the structure of the earth's mantle and its geodynamic interpretation

The global distribution of residual geoid heights as well as the distribution of lateral heterogeneities of P-wave velocities in the lower mantle independently reveal a fundamental Pacific-antipacific hemispherical symmetry or bipolarity in the structure of the earth's mantle. It is the same structural bipolarity which has been recognized in the global Cenozoic evolution and structure of the lithosphere. The bipolarity is well described by two poles or geotectonic centers located in antipodal position on the equator: The Pacific pole P at 170°W/O°N and the African pole A at 10°E/O°N. The seismological studies ofDziewonski (1984) predict the occurence of relatively less dense and warm material in the lower mantle (depths 1000–2900 km) in the Pacific region and under the African plate. This material has the tendency to move upward and to form a rising column of mantle convection. The model of mantle-wide, quadrupolar convection with ascending flow at poles P and A, proposed several years ago on geotectonic considerations, is in good agreement with the new geodetic and seismological data and finds additional support by them. The residual geoid results from a superposition of geoid anomalies of opposite sign caused (a) by the lateral density variations in the mantle which drive the mantle convection and (b) by the relative vertical displacement of the transition zone between lower and upper mantles due to vertical flow. The ascending and diverging flow in the mantle beneath the lithosphere of the central Pacific and under the African plate causes large-scale spreading and tectonic transport of lithosphere radially away from the two spreading centers P and A. These diverging movements are well documented by the break-up of Pangaea and by the late-Mesozoic and Cenozoic evolution of the system of oceanic ridges in the Pacific hemisphere. In the zone of converging and descending flow, at 60–90 degrees distance from the spreading centers P and A, continental lithosphere is gradually accumulated and accreted in a ring-like belt of continents extending over North Pole and South Pole (s. e.g. the present arrangement of the continents of North America - South America - Antarctica - Australia - Asia). In a later stage, due to the insulating effect of the continental lithosphere, the descending flow is disturbed and dies. Quadrupolar convection evolves in a new orientation with columns of ascending flow beneath the continental belt and axis of convection motion in the equatorial plane. The ascending flow, finally, disrupts the continental belt: A new geotectonic cycle is initiated. Similarly, the supercontinent Pangaea is interpreted as a circular belt of continental lithosphere, trending over Palaeo-North Pole and Palaeo-South Pole, which accumulated in the zone of converging flow of a quadrupolar convection system defined by two spreading centers T_p in the Palaeo-Tethys region and P_p in the Palaeo-Pacific region, both located in antipodal position on the equator.The demonstration of a fundamental Pacific-antipacific bipolarity in the structure of the earth's mantle leads to the following conclusions with regard to mantle convection and geodynamic processes: (I) Quadrupolar, mantle-wide convection is generated in the earth's mantle in order to carry on and release excessive, endogenous heat of the earth most effectively. (II) For stability reasons the quadrupolar convective system evolves in such a way that its axis of symmetry lies in the equatorial plane of the earth. (III) The distribution of continental lithosphere determines, merely, the orientation of the axis of symmetry of convective flow within the equatorial plane.

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Résumé Des recherches récentes sur le géoïde résiduel et les variations latérales des vitesses sismiques dans le manteau inférieur révèlent, dans la structure du manteau, une symétrie (ou bipolarité) hémisphérique pacifique-antipacifique. C'est la même bipolarité qui a été reconnue dans la structure et l'évolution cénozoique de la lithosphère. Elle est définie par deux pôles, ou centres géotectoniques: le pôle pacifique P par 170° W/0° N et le pôle africain A par 10°E/0°N. Les investigations séismologiques deDziewonski (1984) conduisent à admettre, tant sous le Pacifique central que sous la plaque africaine, l'existence dans le manteau, entre 1000 et 2900 km de profondeur, de matière relativement chaude et de faible densité. Ces matières tendent à s'élever et à former une colonne ascendante de convection. Il y a quelques années, à partir de considérations géotectoniques, a été élaboré un modèle de convection quadripolaire, admettant deux cellules de convection avec axe de symétrie PA commun dans le plan de l'équateur. Les nouvelles données géodésiques et sismiques rappelées plus haut sont en complet accord avec ce modèle et lui apportent donc une importante confirmation. Le géoïde résiduel peut être expliqué comme le résultat de la compensation imparfaite d'anomalies de signes contraires dues: a) aux variations latérales de densité qui provoquent les courants mantéliques; b) au déplacement vertical relatif de la zone de transition manteau supérieur/manteau inférieur, provoqué par les courants verticaux.Les courants qui, sous les pôles P et A, montent dans le manteau puis divergent sous la lithosphere provoquent la fragmentation et la dispersion centrifuge de celle-ci. Ces mouvements divergents sont bien représentés par la rupture de la Pangée et par l'évolution du système des dorsales océaniques de l'hémisphère pacifique. Au droit des zones de convergence du système de convection bicellulaire, zones occupées par les courants descendants, soit à des distances de 60° à 90° des centres d'expansion P et A, la lithosphère continentale se rassemble progressivement et s'agglomère sous la forme d'une ceinture annulaire de continents passant par le pôle N et le pôle S (voir la distribution actuelle: Amérique du N - Amérique du S - Antarctique - Australie - Asie). L'accumulation de chaleur résultant de cette ceinture de continents, provoque une perturbation du système de convection original. Celui-ci se réorganise, avec courants ascendants sous la ceinture et axe de symétrie dans le plan de l'équateur. Le nouveau système quadripolaire ainsi établi amène plus tard à la dislocation de la ceinture, c'est-à-dire au départ d'un nouveau cycle géotectonique. Dans cet ordre d'idées, le supercontinent Pangée peut être considéré comme une ceinture circulaire de lithosphère continentale passant par les deux paléo-pôles N et S et résultant d'une accrétion à partier de deux paléo-centres de dispersion: T_p dans la paléo-Téthys et P_p dans le paléo-Pacifique, situés aux antipodes l'un de l'autre sur l'équateur.Au point de vue géodynamique, on peut avancer que: (I) un système quadripolaire de convection dans le manteau représente le dispositif le plus efficace d'évagcuation de la chaleur interne excédentaire de la Terre; (II) pour des raisons de stabilité, l'axe de symétrie de ce système se trouve dans le plan équatorial de la Terre; (III) la distribution de la lithosphère continentale détermine la position de l'axe de symétrie dans le plan de l'équateur.