Origin and early evolution of the planetary system

It is shown by linear stability analysis that a preplanetary (presatellite) disk of dust and gas with Keplerian velocity field can become unstable due to the collective self-gravity of the disk. The radial distribution of rings, which may result from this instability, is derived. These rings later on can be the formation sites for planets around the Sun and for satellites around the planets. The derived orbits are shown to be in good agreement with that of the planets and the satellites (of Jupiter, Saturn, and Uranus). Predictions and conclusions seem to be possible for the existence of three yet unknown Uranian satellites, the origin of the early Moon and the possible radial extension of the planetary system.     

Multiforced statistical assessments of greenhouse-gas-induced surface air temperature change 1890–1985

Based on univariate correlation and coherence analyses and considering the physical basis of the relationships, a simple multiforced (multiple) statistical concept is used which correlates observational climatic time series simultaneously with volcanic, solar, ENSO, and the anthropogenic greenhouse gases forcing. This is appropriate to remove some natural climate noise in the observed data and to evaluate the components (signals) possibly due to the anthropogenic greenhouse gas forcing (CO₂, or equivalent CO₂ implying additional gases) during industrial time. In this paper, we apply this technique to 100 global box data time series 1890–1985, of the surface air temperature, using observed data from Hansen and Lebedeff. The results are presented in terms of latitudinal-seasonal and regional trends, where the observed trend patterns are compared with the hypothetical signals (statistical assessments) possibly due to anthropogenic greenhouse forcing. These latter signals can be amplified to enable a comparison with corresponding results from general circulation model (GCM) CO₂ doubling experiments. These observed-statistical assessments lead to results which are, at least qualitatively and in respect to the zonal mean temperatures, very similar to some GCM experiments indicating the maximum CO₂ doubling signals (statistical assessment > 12 K) in the arctic winter. However, these signals are moderate in the tropics and in the Southern Hemisphere (global average 2.8–4.4 K). As far as the industrial signals are concerned (observed period) these signals are somewhat larger (maximum 7 K, global average 0.5–0.9 K) than the observed trends (maximum 5 K, global average 0.5 K). Phase shifts of cause and effect may amplify these signals but are very uncertain.This paper was presented at the International Conference on Modelling of Global Climate Change and Variability, held in Hamburg 11–15 September 1989 under the auspices of the Meteorological Institute of the University of Hamburg and the Max Planck Institute for Meteorology. Guest Editor for these papers is Dr. L. Dümenil     

The effect of bulk rock composition on the stability of amphibole in the upper mantle: Implications for solidus positions and mantle metasomatism

Summary The stability of pargasitic amphibole in the upper mantle is a function of water content and bulk rock composition, and under water-undersaturated conditions, the stability of amphibole controls the solidus position. Experiments in the system Tinaquillo peridotite +0.2% H₂O, a refractory peridotite under water-undersaturated conditions, show that amphibole is stable to 1030°C and 26 kb. In contrast, pargasitic amphibole is stable to 1150°C and 30 kb in Hawaiian pyrolite, a more fertile peridotite composition. This indicates that under water-undersaturated conditions, the most fertile part of a crystallizing mantle diapir with an inhomogeneous composition will solidify first while a more refractory component will contain an alkali-rich melt which will have the ability to metasomatize adjacent regions. The relative stabilities of amphibole in refractory and fertile bulk compositions may result in increasing rather than diminishing chemical contrasts in high temperature lherzolite, i.e. a process of metamorphic differentiation. Ti, Fe, Al and Na metasomatism can therefore be considered a normal occurrence associated with the upward migration and solidification of an H₂O-bearing mantle diapir.

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Der Einfluß der Gesamtgesteins-Zusammensetzung auf die Stabilität von Amphibol im oberen Mantel: Bedeutung für Solidus-Positionen und Mantel-Metasomatose

Zusammenfassung Die Stabilität pargasitischer Amphibole im oberen Mantel ist eine Funktion von Wassergehalt und Gesamtgesteins-Zusammensetzung. Unter wasser-untersättigten Bedingungen, kontrolliert die Stabilität von Amphibol die Solidus-Position. Experimente in dem System Tinaquillo Peridotit +0,2% H₂O, einem refraktären Peridotit unter wasser-untersättigten Bedingungen, zeigen daß Amphibol bis 1030°C und 26 Kb stabil ist. Im Gegensatz dazu ist pargasitische Hornblende in einem Hawaii-Pyrolit, von mehr fertiler Peridotit-Zuammensetzung, bis 1150°C und 30 Kb stabil. Das zeigt, daß bei wasser-untersättigten Bedingungen der am meisten produktive Teil eines kristallisierenden Mantel-Diapirs mit inhomogener Zusammensetzung sich zuerst verfestigen wird, während eine mehr refraktäre Komponente eine alkali-reiche Schmelze enthalten wird, die wiederum die Fähigkeit hat, umliegende Bereiche metasomatisch zu beeinflussen. Die relativen Stabilitäten von Amphibol in refraktären und fertilen Gesamtzusammensetzungen können dazu führen, daß die chemischen Gegensätze in Hochtemperaturlherzoliten eher zunehmen als abnehmen, d. h. ein Prozeß metamorpher Differentiation. Ti, Fe, Al und Na Metasomatose können deshalb als ein verbreiteter Vorgang, der mit der Aufwärtsbewegung und Verfestigung eines H₂O-führenden Mantel-Diapirs assoziiert ist, betrachtet werden.

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With 4 Figures     

New compositional and optical data for antimonian and bismuthian varieties of hemusite from Japan

Summary New compositional and optical data are reported for antimonian and antimonianbismuthian varieties of hemusite from epithermal Au-Ag-Cu deposits in Japan. The empirical formula for the antimonian variety, from the Iriki mine is: (Cu_5.83Fe_0.14Ag_0.01)_5.98Mo_1.03(Sn_0.54Sb_0.41Te_0.03Bi_0.02)_1.00(S_7.85Se_0.15)_8.00, and that of the Sb-Bi variety from the Kawazu mine is: (Cu_5.84Fe_0.14Ag_0.01)_5.99Mo_1.03(Sn_0.82Sb_0.11Bi_0.l0Te_0.04)_1.07(S_7.80Se_0.12)_7.92. The theoretical formula of hemusite is Cu⁺ ₄Cu²⁺ ₂MO⁴⁺Sn⁴⁺S₈, whilst the most probable formula of the Iriki hemusite is Cu⁺ _4.5CU²⁺ _1.5Mo⁴⁺Sn⁴⁺ _0.5Sb⁵⁺ _0.5S₈, with Sb⁵⁺ substituting for Sn⁴⁺ and forming (SbS₄)^3– tetrahedra as might be expected, given that the metal to sulphur ratio is 1, and given the sphalerite-like structure of the mineral. However Bi³⁺ cannot be so accommodated, resulting in a deficiency in (S + Se) for Kawazu hemusite. Reflectance spectra for both are compared with those of the tungsten analogue (compositional) of hemusite, kiddcreekite. The relationship between hemusitesensu stricto and these newly reported varieties is discussed in terms of simple and coupled chemical substitutions, and inferences are drawn on the valency of Sb, Bi, Mo and Cu in the hemusite structure.

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Neue chemische und optische Daten für antimon- und bismuthführende Varietäten von Hemusit aus Japan

Zusammenfassung Neue chemische und optische Daten für antimon- und bismuthführende Hemusite auf epithermalen Au-Ag-Cu Lagerstätten in Japan werden vorgelegt. Die empirische Formel für die antimon-führende Varietät aus der Iriki-Mine ist: (Cu_5.83Fe_0.14Ag_0.01)_5.98Mo_1.03(Sn_0.54Sb_0.41Te_0.03Bi_0.02)_1.00 (S_7.85Se_0.15)_8.00, und die der Sb-Bi Varietät aus der Kawazu Mine ist: (Cu_5.84Fe_0.14Ag_0.01)_5.99M0_1.03(Sn_0.82Sb_0.11Bi_0.l0Te_0.04)_1.07 (S_7.80Se_0.12)_7.92. Die theoretische Formel von Hemusit ist Cu⁺ ₄Cu²⁺ ₂Mo⁴⁺Sn⁴⁺S₈, während die wahrscheinlichere Formel für den Hemusit von Iriki Cu⁺ ₄Cu²⁺ _1.5Mo⁴⁺Sn⁴⁺ _0.5Sb⁵⁺ _0.5S₈, mit Sb⁵⁺ an der Stelle von Sn⁴⁺, das(SbS₄)^3– Tetraeder bildet, wie zu erwarten ist, unter der Voraussetzung, da das Metall zu Schwefelverhältnis 1 und die Struktur sphaleritähnlich ist. Bi³⁺ kann jedoch nicht in dieser Weise untergebracht werden, und das führt zu einem Mangel an (S + Se) für den Hemusit von Kawazu. Die Reflektions-Spektren beider Minerale werden mit denen des Wolfram-Equivalents von Hemusit (Kiddcreekit) verglichen. Die Beziehung zwischen Hemusitsensu stricto und diesen jetzt beschriebenen Varietäten wird auf der Basis einfacher und gekoppelter chemischer Substitution diskutiert. Auf dieser Basis werden Schlüsse auf die Valenz von Sb, Bi Mo und Cu in der Hemusit-Struktur gezogen.

     

Ongonite from Ongon Khairkhan,Mongolia

Summary Albite-topaz kerotophyres, termed ongonites, were discovered byV. I. Kovalenko and coworkers at Ongon Khairkhan in Mongolia in 1970. The type area was revisited, described, resampled, the new data is compared with the earlier data and that from similar rocks elsewhere (Beauvoir and Cinovec granites; Macusani glass).Ongonites are fluorine-rich peraluminous sodic two feldspar granitoids with orthoclase and albite phenocrysts, high modal and normative albite content and the presence of topaz as common accessory mineral. They contain variable amounts of lithium micas or muscovite. Chemically, ongonite is similar to highly fractionated S-type or ilmenite series granitoids. In the type area, F-rich water-poor ongonite melts have intruded to a high crustal level.Ongonite displays a long history of subsolidus reactions and hydrothermal alteration. The hydrothermal alteration may be linked to a spatially associated quartz-wolframite stockwork not genetically related to ongonite. Ongonite has a low W content and an elevated Sn content despite a lack of association with Sn deposits.

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Ongonite von Ongon Khairkhan, Mongolei

Zusammenfassung Albit-Topas-Keratophyre, auch als Ongonite bezeichnet, wurden 1970 von V. E. Kowalenko und Mitarbeitern bei Ongon Khairkhan in der Mongolei entdeckt. Die TypLokalität wurde beschrieben und beprobt und die neuen Daten werden mit den früher erhaltenen, und denen von ähnlichen Gesteinen in anderen Bereichen (die Granite von Beauvoir und Cinovec, das Glas von Macusani) verglichen.Ongonite sind Fluor- und Aluminiumreiche (Peraluminous), zwei-Feldspat-Natriumgranitoide mit idiomorphen Orthoklasen und Albit, hohem modalem und normativem Albitgehalt, und Topas als verbreitetem Nebenmineral. Sie führen wechselnde Gehalte von Lithiumglimmern oder Muskovit. Chemisch sind Ongonite stark fraktionierten S-Typ Granitoiden vergleichbar oder auch Granitoiden der Ilmenit-Serie. Im Gebiet der Typlokalität sind fluorreiche wasserarme Ongonit-Schmelzen in ein hohes Krustenniveau intrudiert worden.Ongonite zeigen eine lange Geschichte von Subsolidusreaktionen und hydrothermaler Umwandlung. Die hydrothermale Umwandlung kann mit einem räumlich assoziiertem Quarz-Wolframit Stockwerk in Beziehung gesetzt werden, das genetisch nicht mit den Ongoniten zusammenhängt. Ongonit hat einen niedrigen Wolframgehalt und einen erhöhten Zinngehalt, obwohl keine Assoziation mit Zinnlagerstätten zu beobachten ist.

     

The responses of different ethnic groups in the Sudan to rural-urban migration

The ethnic identities of the various population groups in the Sudan are a product of their specific natural and social environments. The migration of these groups to the towns, especially to Greater Khartoum, involves a drastic change of cultural norms and values. However, the capability of change and the subsequent results are strongly conditioned by the specific background of each ethnic group and by the conditions in its area of origin. This is being proved by a comparative study on three ethnic groups in the Sudan: the Nuba, the Zaghawa and the Hadandawa.     

Denudation,vertical crustal movements and sedimentary basin infill

Denudation and vertical crustal movements are linked through the isostatic equation for conservation of lithospheric mass. Recent empirical results from a wide range of sources are presented on the rates of these processes. Denudation alone can cause non-tectonic (isostatic) surface uplift of the right magnitude predicted by theory. A case is made, following Ahnert, for a single linear relationship (although with much scatter) between denudation rate and mean drainage basin relief for large basins. Some recent determinations of denudational time constants have neglected to include tectonic and isostatic terms which oppose the reduction of relief by denudation. Application of diffusional transport models to determine the rate of sediment deposition are severely limited by inherent one-dimensionality and neglect of suspended and washload contributions. Basin infill sequences may be used to determine past sediment transfer coefficients from a hinterland, but problems arise in the apportionment of the various hinterland fluxes that occur in »real-world« three dimensional basins. Sediment yields in smaller half-graben and growth fold basins must reflect the magnitude of drainage basins and the complex local controls upon sediment yields. Examples are given from extensional basins in the Western USA and Greece. The »length« of tectonic relief produced in tilt blocks and growth folds will control the area of drainage basin developed (through the fractal form of Hack's Law) and hence the magnitude of deposition in sedimentary basins adjoining tectonic uplands.

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Zusammenfassung Denudation und vertikale Krustenbewegungen sind verbunden durch das isostatische Gesetz über den Erhalt der lithosphärischen Masse. Neuerliche empirische Ergebnisse aus einem weiten Quellenbereich werden im Verhältnis zu diesen Prozessen präsentiert. Denudation allein, kann nicht tektonisch bedingte (isostatische) Oberflächenhebungen hervorrufen, die in der richtigen Größenordnung liegen, wie sie auch theoretisch ermittelt wurden. Es wird in Anlehnung an Ahnert ein Fall geschaffen, in der eine einfach lineare Beziehung (obgleich mit vielen Streuungen) zwischen der Denudationsrate und dem durchschnittlichen Abflußbeckenrelief für große Becken vorliegt. Einige neue Ermittlungen der Denudationszeitkonstanten wurden vernachlässigt, um tektonische und isostatische Begriffe einzufügen, welche sich der Verringerung des Reliefs durch Denudation widersetzen. Die Anwendung des Verbreitungstransportmodells zum Bestimmen der Sedimentationsrate sind streng begrenzt durch die ihm innewohnende Eindimensionalität, und der Vernachlässigung der Schwebe- und Schwämmfrachtbeteiligung. Bekkenfüllungssequenzen können benutzt werden um vergangene Sedimenttransferkoeffizienten aus dem Hinterland festzulegen; aber es treten auch Probleme bei der Verteilung der verschiedenen Hinterlandeinträge auf, die bei einem realen dreidimensionalen Becken vorhanden sind. Sedimenteinträge in kleineren Halbgräben und Growth-fold Becken müssen die Größe des Abflußbeckens widerspiegeln, sowie die komplexen lokalen Steuerungen auf die Sedimenteinträge. Beispiele von Dehnungsbecken aus dem Westen der USA und Griechenlands werden angesprochen. Die Länge des tektonischen Reliefs in verkippten Blöcken und Growth-Folds wird die Fläche des entwickelten Abflußbeckens kontrollieren (durch die fraktale Form des Gesetzes von Hack), und daher die Ablagerungsmenge von Sedimentbecken in der Nähe von tektonischen Hochlagen.

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Résumé L'érosion et les mouvements crustaux verticaux sont liés par l'équation isostatique de conservation de la masse lithosphérique. Des résultats empiriques récents provenant d'un large éventail de sources sont présentés en relation avec ces processus. L'érosion seule peut être la cause d'une montée non tectonique (isostatique) dont l'ampleur est prévue exactement par la théorie. Un cas est présenté, d'après Ahnert, qui montre, pour de grands bassins, une relation linéaire simple (mais avec une forte dispersion des points) entre le taux de dénudation et le relief moyen de l'aire de drainage. Certaines déterminations récentes des constantes de temps de dénudation ont omis de tenir compte des termes tectonique et isostatique qui s'opposent à la destruction du relief par érosion. L'utilisation de modèles de transport diffus en vue de déterminer le taux d'accumulation des sédiments est sévèrement limitée par le caractère unidimensionnel de tels modèles et par le fait qu'il ne tiennent pas compte de la fraction en suspension. Les séquences de comblement d'un bassin sédimentaire peuvent être utilisées pour déterminer les anciens cfficients de transfert à partir de l'hinterland; mais des difficultés surgissent à propos de la répartition des différents flux en provenance de l'hinterland dans le cas réel d'un bassin à 3 dimensions. Les apports sédimentaires dans les bassins de demi-graben et de »growth-fold« doivent traduire la grandeur des aires de drainage et les facteurs locaux complexes qui régissent ces apports. Des exemples sont présentés, relatifs à des bassins d'extension de l'ouest des USA et de Grèce. La »longueur« des reliefs tectoniques en relation avec les blocs basculés et les »growth-folds« déterminent, par la forme fractale de la loi de Hack, la surface des aires de drainage ainsi engendrées et, en conséquence, l'importance des dépôts dans les bassins sédimentaires voisins des reliefs tectoniques.

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African linkage of Precambrian Sri Lanka

New age and isotopic data show that the high-grade basement rocks of Sri Lanka were not linked to the Archaean granulite domain of southern India but experienced their main structural and metamorphic development during the Pan-African event some 950 to 550 Ma ago. This occurred when West Gondwana and East Gondwana collided to form one of the longest collisional structures in the Supercontinent — the Mozambique belt that extends from Mozambique to Ethiopia and Sudan. A major tectonic boundary, interpreted as a thrust zone, divides the Highland/Southwestern Complex in the central part of Sri Lanka from the Vijayan Complex in the E and SE. The former is interpreted to represent the remnant of a once extensive passive margin extending west, in a Gondwana reconstruction, via Madagasgar to Tanzania and Mozambique. The Vijayan Complex may have been part of a separate continental margin plutonic assemblage, and its collision with the Highland/ Southwestern Complex marks the final amalgamation of East and West Gondwana into a supercontinent some 550 Ma ago. The Sri Lankan granulites cannot be correlated with the distinctly older granulites of the Eastern Ghats belt of India, and this suggests that Sri Lanka was situated close to the SE coast of Madagascar in a Gondwana reconstruction.

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Zusammenfassung Neue Isotopen- und Altersdaten aus dem metamorphen Grundgebirge von Sri Lanka zeigen, daß dieses Gebiet nicht, wie vielfach vermutet, Teil des archaischen Granulitkomplexes von Südindien war, sondern seine strukturelle und metamorphe Entwicklung während der panafrikanischen Orogenèse zwischen ca. 950 Ma und ca. 550 Ma hatte. Diese Orogenèse ist das Resultat der Kollision zwischen West-Gondwana (Afrika und Südamerika) und Ost-Gondwana (Südindien, Australien und Antarktis) und führte zur Bildung eines der längsten Kollisionsgürtel des Superkontinentes, dem Mosambik-Gürtel, der sich von Mosambik bis nach Äthiopien und in den Sudan erstreckt. Der West- und Zentralteil Sri Lankas mit den Wanni und Highland/Southwestern Komplexen wird vom Vijayan Komplex im Osten und Südosten durch eine Überschiebungszone getrennt, die möglicherweise eine Sutur darstellt. Die Gesteine im Westen und in den Highlands werden als der Rest eines ehemals weiträumigen passiven Kontinentalrandes interpretiert, zu dem wohl auch die lithologisch ähnlichen Abfolgen der hochmetamorphen Gebiete in Mosambik, Tansania und Madagaskar gehörten. Der Vijayan Komplex war wohl Teil der separaten plutonischen Suite eines aktiven Kontinentalrandes, und seine Kollision mit dem Highland/ Southwestern Komplex markiert das endgültige Verschweißen von West- und Ost-Gondwana zu einem Superkontinent vor ca. 550 Ma. Die Granulite Sri Lankas können nicht mit den deutlich älteren Granuliten des Gürtels der Eastern Ghats in Südost Indien korreliert werden sondern ähneln eher den hochgradigen Gesteinen in Südost Madagaskar. Damit ist die Lage Sri Lankas nahe Madagaskar in einer Gondwana Rekonstruktion wahrscheinlicher als nahe der Südostküste Indiens.

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Résumé De nouvelles données isotopiques et géochronologiques montrent que les roches métamorphiques du socle du Sri Lanka ne constituent pas, comme on l'a souvent cru, une partie du complexe granulitique archéen de l'Inde méridionale, mais qu'elles ont vécu leur propre histoire tectono-métamorphique au cours de l'orogenèse panafricaine, entre 950 et 550 Ma. Cette orogenèse est le résultat de la collision entre le Gondwana occidental (Afrique et Amérique du Sud) et le Gondwana oriental (Inde du sud, Australie et Antarctique) et constitue une des plus grandes chaînes de collision du Supercontinent: la chaîne du Mozambique, qui s'étend du Mozambique jusqu'au Soudan et en Ethiopie. Un contact tectonique majeur, interprété comme un charriage, sépare le »Highland/South-western Complex« (partie centrale du Sri Lanka) du »Vijayan Complex« (partie est et sud-est). Le premier de ces complexes est interprété comme un reste d'une ancienne marge passive de grande étendue, à laquelle appartenaient aussi les séries lithologiquement analogues du domaine très métamorphique du Mozambique, de Tanzanie et de Madagascar. Le «Vijagan Complex« a pu être une partie d'un ensemble plutonique séparé de marge active; sa collision avec le »Highland/Southwestern Complex« marque la réunion finale en un super-continent il y a quelque 550 Ma, des Gondwanas oriental et occidental. Les granulites du Sri Lanka ne peuvent pas être corrélées avec celles de la chaîne des Eastern Ghats (Inde du sud-est) qui sont nettement plus anciennes; elles se rapprochent plutôt des roches très métamorphiques du sud-est de Madagascar. On en déduit que la position du Sri Lanka, dans une reconstruction du Gondwana, devait être plus proche de Madagascar que de la côte sud de l'Inde.

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Zircon U–Pb and Hf isotopic study of gneissic rocks from the Chinese Altai: Progressive accretionary history in the early to middle Palaeozoic

Gneissic rocks in the Chinese Altai Mountains have been interpreted as either Paleozoic metasedimentary rocks or Precambrian basement. This study reports geochemical and geochronological data for banded paragneisses and associated gneissic granitoids collected along a NE–SW traverse in the northwestern Chinese Altai. Petrological and geochemical data suggest that the protoliths of the banded gneisses were possibly immature sediments with significant volcanic input and that the gneissic granitoids were derived from I-type granites formed in a subduction environment. Three types of morphological features can be recognized in zircons from the banded gneisses and are interpreted to correlate with different sources. Zircons from five samples of banded paragneiss cluster predominantly between 466 and 528 Ma, some give Neoproterozoic ages, and a few yield discordant Paleoproterozoic to Archean ages. Zircon Hf isotopic compositions indicate that both juvenile/mantle and crust materials were involved in the generation of the source rocks from which these zircons were derived. In contrast, zircons occur ubiquitously as elongated euhedral prismatic crystals in the four samples of the gneissic granitoids, and define single populations for each sample with mean ages between 380 and 453 Ma. The general absence of Precambrian inheritance and positive zircon ?Hf values for these granitoids suggest insignificant crustal contribution to the generation of the precursor magmas. Our data can be interpreted in terms of a progressive accretionary history in early to middle Palaeozoic times, and the Chinese Altai may possibly represent a magmatic arc built on a continental margin dominated by Neoproterozoic rocks.