Geochemistry of acidic volcanic clasts in Silurian conglomerates of the Midland Valley of Scotland: Implications on the Caledonian orogeny

20 clasts of acidic volcanic rocks from Silurian conglomerates of the Midland Valley of Scotland are similar in their geochemical composition to rhyolithes, rhyodacites and dacites of recent island arcs and active continental margins. They differ from the geochemical composition of upper Ordovician peralkaline rhyolites of the Tweed Valley in the Southern Uplands (Scotland) because of their lower Zr, Nb, Ce and Y contents. It is argued that these volcanic clasts represent erosional remnants of an island arc or active continental margin which was situated in the Midland Valley during upper Ordovician or lower Silurian time. This has implications on palaeogeographic models which have been suggested for the Scottish Caledonides.

---

Zusammenfassung 20 Gerölle saurer Vulkanite aus silurischen Konglomeraten des Midland Valley in Schottland haben in ihrer geochemischen Zusammensetzung Ähnlichkeiten mit Rhyolithen, Rhyodaziten und Daziten von rezenten Inselbögen und aktiven Kontinentalrändern. Sie unterscheiden sich durch niedrigere Gehalte an Zr, Nb, Ce und Y von oberordovizischen Peralkali-Rhyolithen des Tweed Valley in den Southern Uplands (Schottland). Es wird vermutet, daß die analysierten Gerolle Erosionsreste eines Inselbogens oder aktiven Kontinentalrandes darstellen, der zur Zeit des oberen Ordoviziums oder unteren Silurs im Raum des Midland Valley gelegen hat. Es ergeben sich daraus Folgerungen für paläogeographische Modelle, die für die schottischen Kaledoniden entwickelt worden sind.

---

Résumé La présente note porte sur 20 galets de volcanites acides contenus dans des conglomérats siluriens du Midland Valley (Ecosse). Leurs compositions géochimiques sont analogues à celles de rhyolites, rhyo-dacites et dacites d'arcs insulaires et de marges continentales actives actuels. Leur faible teneur relative en Zr, Nb, Ce et Y les distinguent des rhyolites peralcalines d'âge ordovicien supérieur des Southern Uplands (Ecosse). Ces galets de volcanites sont interprétés comme des produits de l'érosion soit d'un arc insulaire, soit d'une marge active, situés à l'emplacement de l'actuelle Midland Valley au cours de l'Ordovicien supérieur ou du Silurien inférieur.Ceci entraîne certaines implications dans les modèles paléogéographiques qui ont été proposés pour les Calédonides d'Ecosse.

---

20 Midland Valley, . , . Tweed Valley , . , , , , Midland Valley. .

     

Some phenomenological aspects of carbonate geochemistry. The control effect of transition metals

The dualism in carbonate geochemistry — organic or inorganic production — leads to an erroneous definition of the carbonate system. A different formulation of the chemical mechanism is proposed where traces of transition metals together with organic matter in natural environments play a central role in carbonate production. This approach is verified in a series of experiments using natural and artificial sea water and as chelating agents citric, tartaric, malonic, and oxalic acids with five transition metals: Ni, Co, Fe, Mn and Zn. The final product of carbonate precipitation depends on the type of metal acting as a central atom. In the series Ni, Co, Fe, Mn, Zn the potential for calcium uptake increases from Ni to Zn, while magnesium uptake increases in the opposit direction from Zn to Ni. Dolomite can precipitate from Mg-rich natural waters by the catalytic effect of Fe(II)-chelates. If the waters containing Fe(II)-chelates are exhausted with respect to magnesium carbonate, they will attack dolomite to form calcite.

---

Zusammenfassung Die Gegensätzlichkeit der Geochemie der Karbonate — organische oder anorganische Produktion — führte zu einer widersprüchlichen Definition des Karbonatsystems. Es wird hier eine abweichende Formulierung der chemischen Mechanismen vorgeschlagen, wobei Spuren von Ubergangsmetallen zusammen mit organischen Substanzen in natürlicher Umgebung eine zentrale Rolle bei der Karbonatproduktion spielen. Dieser Ansatz läßt sich in Experimenten nachweisen, wobei in natürlichem und künstlichem Meereswasser chelatbildende Substanzen wie Zitronensäure, Weinsäure, Apfelsäure und Oxalsäure mit 5 Übergangsmetallen Ni, Co, Fe, Mn und Zn zusammengebracht werden. Das Endprodukt einer Karbonatfällung hängt von dem Metall ab, das als zentrales Atom in den Komplexen wirkt. In der Serie Ni, Co, Fe, Mn und Zn nimmt das Potential zur Kalziumaufnahme von Ni nach Zn zu, während die Magnesiumaufnahme in entgegengesetzter Richtung, nämlich von Zn nach Ni zunimmt. Dolomit kann man aus natürlichen Wässern unter Zuhilfenahme des katalytischen Effekts von Fe(II)-chelaten fällen, während man in eisenchelathaltigen Wässern mit einem Unterschuß an Magnesiumkarbonat den Dolomit in Kalzit umwandeln kann.

---

Résumé En géochimie des carbonates, la dualité — production organique ou inorganique — conduit à une définition erronée du système carbonate. Les auteurs proposent un modèle différent du mécanisme chimique, dans lequel des métaux de transition en traces, ainsi que des substances organiques de l'environnement naturel jouent un rôle prépondérant dans la genèse des carbonates. Cette approche est vérifiée par une série d'expériences dans lesquelles on ajoute à de l'eau de mer naturelle ou artificielle: d'une part 5 métaux de transition: Ni, Co, Fe, Mn, Zn; d'autre part des agents chélatants tels que: acide citrique, tartrique, malonique ou oxalique. Le produit final d'une précipitation carbonatée dépend du métal qui constitue l'atome central du complexe. Dans la série Ni, Co, Fe, Mn, Zn, le potentiel de fixation du Ca augmente du Ni au Zn, tandis que celui du Mg augmente dans l'autre sens, du Zn au Ni. Il est possible de précipiter de la dolomite dans des eaux naturelles, à l'aide de l'effet catalytique de chelates de Fe¹¹, tandis que si du carbonate de Mg est soustrait à des eaux contenant du chélate de F¹¹, on peut transformer la dolomite en calcite.

---

, — , — , . , . , , , .: , , 5 : Ni, , Fe, Mn Zn. , . Ni, , Fe, Mn Zn Ni Zn, — . , .

     

Brittle-ductile Transition Zone in the Northern Bergell Alps

Along the northern contact of Bergell granite the style of deformation changes from ductile mylonites at high metamorphic grade (amphibolite facies) in the west (Val Bondasca) to brittle faulting at low grade (greenschist facies) in the east (Maloja). This transition is documented with large scale structural observations, petrofabric data and microstructure which suggest that faulting in the Margneta-Maloja-Casaccia region is related to emplacement of the Bergell granite, and not extending beyond Isola, rather than to a large-scale strike slip fault (Engadine Line).

---

Zusammenfassung Entlang des nördlichen Kontaktes des Bergeller Granits ändert sich der Deformationsstil von plastisch verformten Myloniten (Amphibolitfazies) im Westen (Val Bondasca) zum spröden Bruch (Grünschieferfazies) im Osten (Maloja). Der Übergang wird mit großstrukturellen Beobachtungen, Gefügedaten und MikroStrukturen belegt die andeuten, daß Versetzungen in der Margneta-Maloja-Casaccia-Region mit der Platznahme des Bergeller Granits zusammenhängen und sich nur bis Isola erstrecken. Sie werden deshalb nicht mit großräumigen Transversalverschiebungen assoziiert (Engadiner Linie).

---

Résumé Le long du contact septentrional du granite de Bergell, le style de la déformation change, depuis des mylonites ductiles à haut degré métamorphique dans l'Ouest (Val Bondasca) (facies amphibolite) jusqu'à une fracturation à degré de métamorphisme peu élevé (facies schiste vert) dans l'Est (Maloja). La transition est apportée par des observations de structures macroscopiques, de textures et de microstructures, qui suggèrent que les déplacements dans la région sont liés à l'emplacement du granite de Begell et finissent vers Isola. Ils ne sont donc pas associés à un système de failles transversales de grande extension (ligne de l'Engadine).

---

( ) — — ( ) — . , , , - qK . ( ).

     

Neue Ergebnisse zur Tektonik der Allgäuer und Vilser Alpen

Zusammenfassung Eine Neuuntersuchung der Tektonik in den Vilser Alpen und im Hochvogelgebiet, wo die Frage seit langer Zeit diskutiert wird, ob dort die Allgäu- und Lechtal-Decke getrennte Einheiten bilden, oder stratigraphisch untrennbar zusammenhängen, erbrachte eine eindeutige Entscheidung für den Deckenbau. Der Verlauf der Deckengrenze konnte zwischen Hochvogel und Hohenschwangauer Alpen präzisiert werden. Der interne Falten- und Schuppenbau der Lechtal-Decke hat nirgends zur Bildung von tektonisch tieferen Teildekken geführt, die internen Verschuppungen besitzen nur ein geringes Ausmaß.

---

A new investigation of the tectonics in the Vilser Alps and in the Mt. Hochvogel area where since a long time a discussion was going on if the thrust sheets of Allgäu and Lechtal-Decke are separate units or connected by stratigraphic sequences, a definite decision could be made in favour of the nappe structure in this part of the Northern Calcareous Alps. The internal structure of the Lechtal-Decke thrust sheet is characterized by local imbricate structure which originate from sheared folds.

---

Résumé On a dicuté depuis longtemps dans les Vilser Alpen et dans la région du Mont Hochvogel le problème, si les nappes de Allgäu et Lechtal-Decke sont des unités separées ou qu'ils forment une partie inséparable par des séquences stratigraphiques. Une nouvelle examen de la tectonique a affirmé la structure de nappes dans cette région des Alpes Calcaires du Nord. La structure intérieure de la nappe de Lechtal-Decke est caracterisée par une structure écaillée locale, qui se developpe de plis cisaillés.

---

, - , . - . . ; .

     

Aspects of the cycle of inorganic nitrogen compounds in the tropical rain forest of the Ivory Coast

A partial balance of mineral N is given for the basins of two coastal rivers in a forest zone in the Ivory Coast. The dry and wet depositions on the basin surfaces is given for particulate matter (NO₃ ^–, NH₄ ⁺). The quantity of mineral N washed away in the rivers is evaluated. The losses from leaching of the soils by rainwater are about 0.33 to 1.0% of the atmospheric depositions for NH₄ ⁺–N and 2.2 to 5.8% for NO₃ ^––N. The yearly atmospheric input of N compounds to the ecosystem, about 1.4 g N m^–2 y^–1, is at least 14% of mineral N formed in the soils and is therefore quite significant.     

Petrographische und Kalium-Argon-Untersuchungen an basischen tertiären Vulkaniten zwischen Westerwald und Vogelsberg

Between the upper tertiary volcanic areas of Westerwald and Vogelsberg (central Western Germany) occur more than 40 isolated tertiary volcanic dikes, eroded necks, plugs and domes. Twelve of these volcanic rocks have been investigated petrographically and chemically and classified by means of their modal and chemical composition. Additional modal analyses have been performed on seven other volcanics. On seventeen volcanic occurences K-Ar-whole rock age determinations have been made. The K-Ar age determinations yield- with the exception of an olivine-nephelinite — values between 27 and 15 Ma. Regarding the known intervals of volcanic activities of the Westerwald- and Voge1sberg-areas, most of the examined volcanics can be related genetically with one of the adjacent volcanic areas. There seems to be no geographical overlapping of volcanics showing Westerwaldages and Vogelsberg-ages. A possible influence of excess-Ar-bearing phases (e. g. mantle xenoliths) and an Ar-loss of constituent matter of the groundmass have been estimated by additional age determinations of enriched samples. These influences — partially compensating each other — may shift the K-Ar whole rock age to a maximum of 5 % and thus do not exceed the dimension of the standard deviations. A distinct NNE-SSW-striking fault in the region between Marburg and Gießen is situated parallel with the eastern border of the “Rheinisches Schiefergebirge”. Volcanics showing Westerwald-age and Vogelsberg-age respectively reach this fault, but obviously do not overlap it. Relations between rock-type an rock age, as it has been observed for the volcanics of the northern Hessian Depression (Kreuzer et al. 1973;Wedepohl 1982) cannot be proved certainly. On the other hand, similar to the basaltic rocks of the northern Hessian Depression, the youngest volcanic product is an olivine-nephelinite (9 Ma).     

Geologische Vorgänge in den Alpen ab Obereozän im Spiegel vor allem der deutschen Molasse

Zusammenfassung Die vorquartäre Geschichte des Molassebeckens nördlich der Alpen läßt sich in 3 Großabschnitte unterteilen, in deren Ablauf sich umrißhaft die jeweils zugehörigen Entwicklungsstadien des aufsteigenden Gebirges widerspiegeln, die bisweilen umgekehrt auch von Ereignissen im Vorland beeinflußt werden. Der 1. Abschnitt (Obereozän bis Aquitan/ Ober-Eger) ist von der in den Westalpen beginnenden Hebung sowie von Bewegungen der savischen Dislokationsphase geprägt, in besonderem Maße ferner an der Rupel/ChattGrenze von der größten Meeresspiegelsenkung seit dem Kambrium. Im 2. Abschnitt (Burdigal/Eggenburg bis Unterpannon) verlagert sich die Hebungsaktivität zu den Ostalpen, womit im Vorland die große, E-W gerichtete Flußschüttung der Oberen Süßwassermolasse ausgelöst wird. In ihr verursacht die gewaltige Erderschütterung des Riesmeteoriten-Einschlags im höheren Baden vermutlich die Flußverlegung der Enns, eines ihrer beiden Hauptzubringer, zum Grazer Becken und damit eine sich u. a. im Schwermineralbestand (als A-Grenze) abzeichnende Änderung der Materialzufuhr aus dem Gebirge. Im 3. Abschnitt (Unterpannon bis Pliozän) geht infolge weiteren Aufsteigens der Alpen samt Vorland bei gleichzeitiger Verlagerung des Hebungszentrums wieder zur Westschweiz die bisherige Akkumulation in Denudation über, die von dem sich nun von Niederösterreich aus ins Molassebecken hineinfressenden Donausystem besorgt wird.Die während des 2. Großabschnitts von der Auflast der vorrückenden kalkalpinen Dekken aus ihrem Ablagerungsraum herausgequetschte ältere Molasse ist zu den alpenparallelen Mulden des gefalteten Bereichs zusammengeschoben, mit einer wohl erst im 3. Abschnitt entstandenen Achsendepression zwischen Iller und Mangfall. In diesen Zeitraum vor allem fällt auch die Verformung der jüngeren ungefalteten Molasse zu einer alpenparallelen Großmulde, deren Achse nach SW und E aushebt.

---

The pre-Quaternary history of the Molasse basin north of the Alps can be subdivided into three major phases, in the course of which the respective associated evolutional stages of the rising mountains are reflected in outline. On the other hand, these stages are occasionally also influenced by events in the foreland. The first phase (Upper Eocene to Aquitanian/Upper Egerian) ist characterized by the uplifting beginning in the Western Alps and movements of the Savic dislocation phase, and in particular also at the Rupelian/Chattian boundary by the greatest eustatic lowering of the sea level since the Cambrian period. During the second phase (Burdigalian/Eggenburgian to Lower Pannonian) the uplifting shifts to the Eastern Alps, bringing about in the foreland the large E-W directed fluvial accretion of the Upper Fresh-water-Molasse. During its progress the enormous earth-tremor of the Ries meteoric impact in the upper Badenian presumably leads to the diversion of the Enns river, being one of the two main tributaries, to the Graz basin, resulting in a change in the material supply from the mountains, which is reflected in the heavy mineral content (designated as A-boundary). In the third phase (Lower Pannonian to Pliocene) the previous accumulation, as a result of the continuing uplifting of the Alps and the foreland with simultaneous shifting of the uplift centre back to Western Switzerland, turns to denudation which is effected by the Danube system extending from Lower Austria into the Molasse basin.The older Molasse squeezed out of its deposition area by the overburden of the advancing Austroalpine nappes has been compressed to the throughs of the folded zone along the Alps, with an axis depression between the rivers Iller and Mangfall, which has presumably not developed until the third phase. Above all, during this period the deformation of the younger unfolded Molasse to a large trough paralleling the Alps also took place; its axis rises to the SW and E.

---

Résumé L'histoire préquaternaire du bassin molassique au nord des Alpes peut se diviser en trois périodes principales dont le déroulement reflète à grands traits les phases de développement corrélatives de la chaîne en voie de soulèvement. D'autre part, ces phases de développement sont de temps en temps influencées par des événements intervenus dans le bassin. La première période (Eocène supérieur à Aquitanien/Egerien supérieur) est marquée par le soulèvement commençant dans les Alpes occidentales, ainsi que par des mouvements de la phase de dislocation savique et, en particulier à la limite du Rupélien/Chattien, par le plus grand abaissement eustatique du niveau de la mer depuis le Cambrien. Pendant la seconde période (Burdigalien/Eggenburgien à Pannonien inférieur) l'activité de soulèvement se déplace vers les Alpes orientales, provoquant dans le bassin préalpin la grande accrétion fluviale de la Süßwassermolasse (Molasse d'eau douce) supérieure dirigée de l'est vers l'ouest. Le violent ébranlement terrestre produit dans celle-ci par l'impact de la météorite dans le Ries pendant le Badénien supérieur mène probablement le détournement de l'Enns, l'un des deux fleuves tributaires principaux, vers le bassin de Graz, donnant lieu à un changement dans le transport de matériaux venant des montagnes, ce qui se reflète dans la teneur en minerais lourds (dénommé « limite A »). Pendant la troisième période (Pannonien inférieur à Pliocène), l'accumulation antérieure, par suite du soulèvement continu des Alpes et du bassin préalpin, accompagné de la retraite du centre du soulèvement vers la Suisse occidentale, tourne à la dénudation qui est effectuée par le système danubien s'étendant dès lors de la Basse-Autriche au bassin molassique.La Molasse plus ancienne expulsée pendant la seconde période principale de son milieu de sedimentation par la pression des nappes austroalpines susjacentes en progression a été comprimée en auges de la zone pliée le long des Alpes, avec un abaissement axial entre l'Iller et le Mangfall, qui ne s'est probablement formé que dans la troisième période. Dans cette période surtout intervient la déformation de la Molasse plus récente non plissée qui prend la forme d'une grande auge parallèle aux Alpes, dont l'axe s'élève vers le sud-ouest et l'est.

---

- , , . ( ) , , , , /. /- / , . , , , , , ( ). ( ), , , . , , , , . , , oc .

---

---

Herrn Dr. Dr. h. c. Artur Roll (Tübingen) gewidmet

---

Nach einem Vortrag auf der 73. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in Berchtesgaden am 25. Februar 1983.     

Suevite of the ries crater,Germany: Source rocks and implications for cratering mechanics

Suevites are impact breccias with a montmorillonitic matrix that contains shocked and unshocked mineral and rock fragments from the crystalline basement, glass inclusions and a small amount of sedimentary clasts. Data are given of the modal composition of fall-out suevites (deposited at isolated points around the crater) and crater suevite (forming a layer below post-impact lake sediments in the crater cavity). Fall-out suevites contain aerodynamically shaped bombs which are absent in crater suevite. Taking into account not only large glass fragments and bombs, but also the finer fractions, the glass content of fall-out and crater suevites amounts to 47 and 29 vol%, respectively. Crystalline clasts in suevites consist of all igneous and metamorphic rock types that constitute the local basement which consists of an upper layer of igneous rocks (mainly granites) and a lower series of gneisses and amphibolite. Based on a collection of 1 200 clasts from 13 suevite occurrences the average crystalline clast population of suevites was determined. Suevites contain on the average 46 % igneous and 54 % metamorphic clasts. In constrast, weakly shocked and unshocked crystalline ejecta of the Ries structure consist of 82 % igneous and 18 % metamorphic rocks. From 138 analyses of crystalline rock samples average compositions of the major rock types were calculated. Comparison of these averages with the average glass composition leads to the conclusion that suevite glasses were formed by shock melting of gneisses in deeper levels of the basement. Suevite matrices consist in most cases of 80 to 90 % montmorillonite, in special cases of celadonite. Chemical analyses are given of some matrices and montmorillonite formulas calculated. It is supposed that montmorillonite was formed by early hydrothermal alteration of rock flour or fine glass particles. In the latter case the original glass content of suevites was higher than at present. Of all ejecta from the Ries crater only crystalline rocks contained in suevites occur in all stages of shock metamorphism up to complete fusion. The overwhelming majority of the ejecta from the sedimentary sequence (about 580 m) show no indications of shock pressures above 10 GPa. The same holds true for crystalline megablocks and breccias around the crater which consist mainly of granites from upper levels of the basement. We assume that the Ries impact can be approximated by a deep-burst model: The projectile penetrated through the sedimentary cover into the basement in such a way that the highest pressures and temperatures developed within the gneiss complex below the upper, predominately granitic layer and that rocks of the sedimentary sequence experienced weak shock compression. Numerical data are given for such a model of the Ries impact on transient crater geometry and volumes of vaporized, melted, shocked and excavated rocks. Fall-out suevites are supposed to have been lifted from the central zone by an expanding plume of vaporized rocks and deposited as fluidized turbulent masses outside the crater whereas the main mass of crater suevite was not removed from the crater cavity.