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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Hawaiian basalt and Icelandic rhyolite: Indicators of differentiation and partial melting

In spite of the voluminous basaltic volcanism on the island of Hawaii, rhyolite is not produced. Iceland, on the other hand, exhibits common rhyolitic volcanism amounting to some 10–12% of its surface rocks. This contrast is investigated using the fundamental igneous processes exhibited by sheet-like Hawaiian lava lakes and Shonkin Sag laccolith in Montana. Highly differentiated, residual melts normally reside within inwardly advancing solidification fronts and are generally inaccessible to eruptive processes. Only when a large initial phenocryst population is present, from which a thick basal cumulate can rapidly form, is it possible to supply highly differentiated melt into the active (i.e., eruptable) portion of the magma chamber. Although there is protracted control of differentiation at Hawaii by settling of olivine, further differentiation occurs within the solidification fronts. Only by repeated transport and holding is it possible to differentiate beyond the critical composition of the leading edge of the solidification front ( 7% MgO and 51.5% SiO₂). Crystal size distributions (CSDs) for Hawaii and Shonkin Sag are used to demonstrate the inferred physical and chemical processes of solidification, including the kinetics of crystallization.A ubiquitous feature of these basaltic bodies is the formation of coarse veins and segregations of refined melt and granophyres within the upper solidification front. It is this fundamental bimodal feature which is the key to understanding Icelandic silicic volcanism.Rhyolites in Iceland occur mainly as a bimodal population with basalts associated with central volcanoes. Rhyolites, granophyres, and felsites are common, with the intrusions often being layered. Ash flows and true granite-like intrusions are rare. The voluminous silicic lavas at Torfajokull central volcano contain disequilibrium phenocryst assemblages. This, and the disagreement in oxygen isotopic values between rhyolites and basalts, reflects extensive partial melting of the heterogeneous basaltic crust of Iceland to produce these rhyolites. Relatively small, chemically distinct, and spatially intimate silicic bodies are formed by concentrating granophyric segregations from earlier cycles of solidification. This process is also reflected in the layered granophyric instrusion of Slaufrudalur in eastern Iceland. Slaufrudalur is an unvented subterranean caldera, equivalent in igneous processes and style to the subaerial Torfajokull caldera.Hawaii is dominated by fractional crystallization due to crystal settling and does not produce rhyolite. Iceland's tectonics allow continual and extensive reprocessing of thin, hot basaltic crust which produces rhyolite by concentrating original silicic segregations and veins and by partially melting intermediate extrusives, which have subsided deep into the crust.

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Zusammenfassung Auf Hawaii treten, trotz intensiven Basalt-Vulkanismusses, keine Rhyolithe auf. Auf Island dagegen ist Rhyolith, mit 10–12% des anstehenden Gesteins, verbreitet. Dieser Kontrast wurde anhand grundlegender magmatischer Prozesse untersucht, wie sie in flachen Lava-Seen Hawaiis und im Shonkin Sag Laccolith Montanas auftreten. Hochdifferenzierte Restschmelzen verbleiben innerhalb langsam nach innen vorrückender Erstarrungsfronten und sind meist unerreichbar für eruptive Prozesse. Nur wenn anfänglich bereits große Mengen von Einsprenglingen vorhanden sind, die rasch am Boden der Magmenkammer akkumulieren, kann eine hochdifferenzierte Schmelze in den aktiven (d.h. eruptiven) Teil der Magmenkammer gelangen. Obwohl auf Hawaii die Differentiation durch die Kristallisation von Olivin anhaltend kontrolliert wird, findet an der Erstarrungsfront weitere Differentiation statt. Nur durch wiederholten Transport und zeitweiliges Verharren ist es möglich, über die kritische Zusammensetzung der vordersten Erstarrungsfront hinaus zu differenzieren (ca. 7% MgO und 51,5% SiO₂). An Kristallgrö-ßenverteilungen (CDS) von Hawaii und Shonkin Sag können die angenommenen physikalischen und chemischen Prozesse der Kristallisation und die Kristallisationskinetik gezeigt werden. Ein weit verbreitetes Merkmal dieser Basaltkörper ist die Bildung grobkristalliner Gänge und Absonderung von stark differenzierten Schmelzen und Granophyren innerhalb der oberen Erstarrungsfront. Diese ausgeprägt bimodale Charakteristik ist der Schlüssel zum Verständnis des sauren isländischen Vulkanismus.Isländische Rhyolithe treten meist in bimodaler Verbreitung mit Basalten in Zusammenhang mit zentralen Vulkanen auf. Rhyolithe, Granophyre und Feisite sind häufig, in oft geschichteten Intrusionen. Ignimbrite und echte Granitintrusionen sind selten. Die großen Mengen SiO₂-reicher Laven am Torfajokull-Zentralvulkan enthalten Ein-sprenglinge, die sich nicht im Gleichgewicht mit der Matrix befinden. Dies, und die unterschiedlichen delta-¹⁸O-Werte von Rhyolithen und Basalten, zeigen, daß ausgeprägtes teilweises Aufschmelzen der heterogenen Basaltkruste von Island zur Produktion dieser Rhyolithe führte. Relativ kleine, nahe benachbarte saure Körper, die aber deutliche Unterschiede in ihrem Chemismus aufweisen, werden gebildet durch die Konzentration granophyrischer Teilschmelzen aus früheren Kristallisationszyklen. Dieser Vorgang wird auch widergespiegelt in der »layered intrusions« von Slaufrudalur in Ostisland. Slaufrudalur ist eine geschlossene unterirdische Kaldera, deren magmatische Prozesse und Baustil der subaerischen Torfajokull-Kaldera entsprechen.Die Prozesse in Hawaii sind dominiert von gravitativer Kristallisationsdifferentiation und es werden keine Rhyolithe produziert. Die isländische Tektonik führt zu kontinuierlicher starker Wiederaufarbeitung von dünner, heißer basaltischer Kruste. Dabei wird, durch die Konzentration ursprünglicher saurer Teilschmelzen und Gänge und durch die teilweise Aufschmelzung intermediärer Intrusiva, die tief in die Kruste abgesunken sind, Rhyolith produziert.

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Résumé En dépit du volcanisme basaltique volumineux des îles Hawaï, il n'y existe pas de rhyolite. En Islande, par contre, le volcanisme rhyolitique est commun et représente 10 à 12% des roches de la surface. Ce contraste est examiné sur la base des processus ignés fondamentaux présentés par les lacs de lave d'Hawaï et le laccolite de Shonkin Sag au Montana. Normalement, les liquides résiduels hautement différenciés résident à l'intérieur des fronts de solidification qui progressent vers l'arrière et sont généralement à l'abri des processus éruptifs. Ce n'est que dans le cas d'une population initiale abondante de phénocristaux, qui se rassemblent dans un cumulat basai épais, que des liquides hautement différenciés peuvent être fournis à la portion active (c'est-à-dire »éruptible«) de la chambre magmatique. A Hawaï, bien que la différenciation soit continuellement régie par la cristallisation d'olivine, la poursuite du processus a lieu à l'intérieur des fronts de solidification. Ce n'est que par la répétition d'actions de transport et de stagnation qu'il est possible de différencier audelà de la composition critique du front de solidification (±7% MgO et 51,5% SiO₂). A partir de la distribution de la taille des cristaux à Hawaï et à Shonkin Sag, on peut déduire les processus physique et chimique de la solidification, y compris la cinétique de la cristallisation.Une particularité courante de ces corps basaltiques est la formation de veines grenues et de ségrégations de liquides très différenciés et de granophyres à l'intérieur du front supérieur de solidification. Cette manifestation bimodale est la clé qui permet de comprendre le volcanisme siliceux islandais.En Islande, les rhyolites constituent d'ordinaire une population bimodale avec les basaltes centraux. Les rhyolites, les granophyres et les felsites sont fréquents, et souvent sous forme d'intrusions litées. Les coulées ardentes et les vraies intrusions de type granitique sont rares. Les volumineuses laves siliceuses du volcan central de Torfajokull contiennent des assemblages de phénocristaux en déséquilibre. Ce fait, ainsi que la non concordance des isotopes de l'oxygène entre rhyolites et basaltes, traduisent, à l'origine de ces rhyolites, une fusion partielle extensive de la croûte basaltique hétérogène d'Islande. Des corps siliceux relativement petits et chimiquement distincts bien que d'emplacements très voisins se sont formés par concentration de fusions partielles granophyriques lors des premiers cycles de solidification. Ce processus s'exprime également dans l'intrusion granophyrique litée de Slaufrudalur, en Islande orientale. Slaufrudalur est une caldeira souterraine fermée, équivalente par son style et son processus igné à la caldeira subaérienne de Torfajokull.A Hawaï, le phénomène dominant est la cristallisation fractionnée gravitative, sans production de rhyolite. La tectonique de l'Islande permet la régénération continue et extensive d'une mince croûte basaltique chaude. Les rhyolites y sont engendrées par la concentration des veines et ségrégations siliceuses originelles et par la fusion partielle de masses extrusives intermédiaires descendues profondément dans la croûte.

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, . , 10–12% . , Shonkin Sag Laccolith Montanas. . , , . , . . ( 7% MgO 51,5% SiO₂). (CDS) Shonkin Sag , , . . . . , , . . , Torfajokull , ., ¹⁸O , . , , , , « » («layered intrusions») Slaufrudalur, . , , Torfajokull. . . , , , .

     

Sublethal abnormalities in embryos of winter flounder,Pseudopleuronectes americanus,from Long Island Sound

Sublethal abnormalities were examined in developing embryos of the winter flounder,Pseudopleuronectes americanus, as part of a study of its early reproductive success in Long Island Sound and two sites in Boston Harbor. These sites represented varying levels of anthropogenic contamination that were possibly affecting reproduction, as ascertained by chromosomal abnormalities and lowered developmental rates in the embryos. Effort was focused on examination of blastula and tail-bund embryos from field-captured females spawned at the laboratory. Abnormalities observed included evidence of cytotoxicity and chromosome damage. Embryos of fish from New Haven were usually the most aberrant, while embryos from other sites, notably Hempstead, Shoreham, and both Boston Harbor stations, showed subtle indications of abnormality.     

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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Coulomb-trapped particles in the electromagnetic fields of an oblique magnetic rotator

An oblique, rotating magnetized sphere emits electromagnetic waves which, for large magnetization, can quickly accelerate charged particles to very high energies. A central, attractive Coulomb force can trap particles in the region beyond the light cylinder by balancing the accelerating influence of the radiation on the particles. We sample some of the particle orbits possible under these dynamical conditions. A general feature of these orbits is that non-interacting particles started with random initial conditions in the domain of attraction of these orbits will arrange themselves on a curve corotating with the axis of magnetization. Such particle configurations can be a source of pulsed radiation. In the idealized case of no interparticle interactions the spectral index for the radiation emitted by one frequently occurring configuration is found to be –2/3, for emission from radio to -ray frequencies. The dynamical conditions in this simple model closely match those prevalent in outer pulsar magnetospheres, making it possible that part of the radiation from pulsars is emitted by trapped plasma in the region beyond the light cylinder.     

Laser radiation in active amplifying media treated as a transport problem: Transfer equation derived and exactly solved

The flow of laser radiation in a plane-parallel cylindrical slab of active amplifying medium with axial symmetry is treated as a problem in radiative transfer. The appropriate one-dimensional transfer equation describing the transfer of laser radiation has been derived by an appeal to Einstein'sA, B coefficients (describing the processes of stimulated line absorption, spontaneous line emission, and stimulated line emission sustained by population inversion in the medium) and considering the rate equations to completely establish the rational of the transfer equation obtained. The equation is then exactly solved and the angular distribution of the emergent laser beam intensity is obtained; its numerically computed values are given in tables and plotted in graphs showing the nature of peaks of the emerging laser beam intensity about the axis of the laser cylinder.     

Unsteady hydromagnetic flow through a porous medium between two infinite parallel porous plates with time-varying suction

Unsteady two-dimensional flow of a viscous incompressible and electrical-conducting fluid through a porous medium bounded by two infinite parallel plates under the action of a transverse magnetic field is presented when there is time-varying suction at the plates. The lower plate is at rest while the upper plate is oscillating in its own plane about a constant mean velocity. Expressions for the velocity, fluctuating parts of the velocity, amplitude, and phase of the skin-friction are obtained. The flow phenomenon has been characterized by the parametersK (permeability of the porous medium),N(magnetic parameter) (frequency parameter), andA(variable suction parameter) and the role of these parameters on the flow characteristics has been studied.     

Astrometric investigation with the Tautenburg Schmidt telescope

The observations and the plate reduction technique for the determination of positions and absolute proper motions which is used in Potsdam are described. Recent results have shown that an accuracy of about 0 _. 1 for positions and 0 _. ⁷ cent _. ^–1 for proper motions can be achieved both for bright (8^m–12^m) and faint (16^m–18^m) stars. Three astrometric programmes using the Tautenburg plates are presented.     

Can Brans-Dicke universes in five dimensions be interpreted as 4-dimensional general relativity cosmologies?

The 5-dimensional Jordan-Brans-Dicke cosmologies in vacuum are found for the Bianchi type I metric, their relation with general relativity cosmologies is studied. Two solutions are possible, both produce effective pressure and energy density in the 4-dimensional G.R.-universes. One is a power-law relation, with two cases, the first one is forp _eff=_eff and the other forp _eff=_eff(– 1 < < 1) has a behaviour as the open flat universe. The second solution is an exponential only valid forp _eff=–_eff. In all cases the three-space expansion reaches infinity ast and the fifth dimension can be made to decrease approaching zero. The scalar field can increase or decrease with time.     

Excitation class of nebulae—An evolution criterion?

A principally new, quantitative system of the classification of the spectra of planetary nebulae is proposed. Spectral class of excitation class of the nebulap is determined according to the relative intensities of emission lines (N ₁+N ₂) [OIII]/4686 HeII and (N ₁+N ₂) [OIII]/H (Table I, Figure 1). The excitation classes are obtained for 142 planetary nebulae of all classes—low (p=1–3), middle (p=4–8), and high (p=9–12⁺) (Tables II, III, and IV). An empirical relationship between excitation classp and mean radius of nebulae is discovered (Figure 2). This relationship as well as excitation classp, as an independend parameter, admit an evolutionary interpretation. It is shown that after reaching the highest class of excitationp=12⁺ the nebulae decrease their class of excitation with the further increases of sizes. The diagram of this relationship has two nearly-symmetric branches — rising and descending with the apogee onp=12⁺ (Figure 2).