The ALOMAR Rayleigh/Mie/Raman lidar: objectives, configuration, and performance

We report on the development and current capabilities of the ALOMAR Rayleigh/Mie/Raman lidar. This instrument is one of the core instruments of the international ALOMAR facility, located near Andenes in Norway at 69°N and 16°E. The major task of the instrument is to perform advanced studies of the Arctic middle atmosphere over altitudes between about 15 to 90 km on a climatological basis. These studies address questions about the thermal structure of the Arctic middle atmosphere, the dynamical processes acting therein, and of aerosols in the form of stratospheric background aerosol, polar stratospheric clouds, noctilucent clouds, and injected aerosols of volcanic or anthropogenic origin. Furthermore, the lidar is meant to work together with other remote sensing instruments, both ground- and satellite-based, and with balloon- and rocket-borne instruments performing in situ observations. The instrument is basically a twin lidar, using two independent power lasers and two tiltable receiving telescopes. The power lasers are Nd:YAG lasers emitting at wavelengths 1064, 532, and 355 nm and producing 30 pulses per second each. The power lasers are highly stabilized in both their wavelengths and the directions of their laser beams. The laser beams are emitted into the atmosphere fully coaxial with the line-of-sight of the receiving telescopes. The latter use primary mirrors of 1.8 m diameter and are tiltable within 30° off zenith. Their fields-of-view have 180 rad angular diameter. Spectral separation, filtering, and detection of the received photons are made on an optical bench which carries, among a multitude of other optical components, three double Fabry-Perot interferometers (two for 532 and one for 355 nm) and one single Fabry-Perot interferometer (for 1064 nm). A number of separate detector channels also allow registration of photons which are produced by rotational-vibrational and rotational Raman scatter on N₂ and N₂+O₂ molecules, respectively. Currently, up to 36 detector channels simultaneously record the photons collected by the telescopes. The internal and external instrument operations are automated so that this very complex instrument can be operated by a single engineer. Currently the lidar is heavily used for measurements of temperature profiles, of cloud particle properties such as their altitude, particle densities and size distributions, and of stratospheric winds. Due to its very effective spectral and spatial filtering, the lidar has unique capabilities to work in full sunlight. Under these conditions it can measure temperatures up to 65 km altitude and determine particle size distributions of overhead noctilucent clouds. Due to its very high mechanical and optical stability, it can also employed efficiently under marginal weather conditions when data on the middle atmosphere can be collected only through small breaks in the tropospheric cloud layers.     

Climate change and North Sea storm surge extremes: an ensemble study of storm surge extremes expected in a changed climate projected by four different regional climate models

The coastal zones are facing the prospect of changing storm surge statistics due to anthropogenic climate change. In the present study, we examine these prospects for the North Sea based on numerical modelling. The main tool is the barotropic tide-surge model TRIMGEO (Tidal Residual and Intertidal Mudflat Model) to derive storm surge climate and extremes from atmospheric conditions. The analysis is carried out by using an ensemble of four 30-year atmospheric regional simulations under present-day and possible future-enhanced greenhouse gas conditions. The atmospheric regional simulations were prepared within the EU project PRUDENCE (Prediction of Regional scenarios and Uncertainties for Defining EuropeaN Climate change risks and Effects). The research strategy of PRUDENCE is to compare simulations of different regional models driven by the same global control and climate change simulations. These global conditions, representative for 1961–1990 and 2071–2100 were prepared by the Hadley Center based on the IPCC A2 SRES scenario. The results suggest that under future climatic conditions, storm surge extremes may increase along the North Sea coast towards the end of this century. Based on a comparison between the results of the different ensemble members as well as on the variability estimated from a high-resolution storm surge reconstruction of the recent decades it is found that this increase is significantly different from zero at the 95% confidence level for most of the North Sea coast. An exception represents the East coast of the UK which is not affected by this increase of storm surge extremes.     

Der geologische Bau und die tektonische Bedeutung der Balearischen Inseln

Ohne ZusammenfassungVortrag auf der Hauptversammlung in Frankfurt a. M. am 8. Jan. 1927.     

Lake Kivu: structure,chemistry and biology of an East African rift lake

Geophysical, geochemical and biological data are integrated to unravel the origin and evolution of an unusual rift lake. The northern basin of Lake Kivu contains about 0.5 km of sediments which overlie a basement believed to be crystalline rocks of Precambrian age. Volcanic rocks at the northern end of the lake have created large magnetic anomalies of up to 300. Heat flow varies from 0.4 to 4 hfu. The extreme variability may be due in part to sedimentation or recent changes in the temperature of the bottom water. Sharp boundaries in the vertical temperature and salinity structure of the water across the lake can best be explained as separate convecting layers. Such convecting cells are the result of the increase in both temperature and salinity with depth.Concentrations of the major dissolved gases in the deep water, CO₂ and CH₄, approach saturation but do not exceed it at any depth. The salts are supplied mainly by hydrothermal discharges at the bottom of the lake which we calculate to have a salinity of 4 which is about 60% higher than the salinity of the bottom water. The annual discharge at the present time is about 0.5 km³. Zinc anomalies in the water are explained by the accumulation of sphalerite-containing globules at certain depths.Stratigraphic correlation of sediments is possible across the entire lake, based on physical, geochemical and paleontological criteria. Sedimentation rates are of the order of 30 cm/1000 years implying a Pliocene age for the deepest part of the lake. Periods of hydrothermal activities and heightened volcanism, as recorded in the sediments, appear to have coincided with pluvial times.Enrichment of the surface waters of Lake Kivu by nutrients has led to explosive speciation in the diatom genusNitzschia. Several new types of methane oxidizing and-producing bacteria were isolated. Bacterial degradation of recent plankton appears insufficient to explain the amount of methane in the lake, and some of it is derived diagenetically.

---

Zusammenfassung Geophysikalische, geochemische und biologische Daten werden vorgelegt und miteinander in Beziehung gebracht, um einen besseren Einblick in Entstehung und Evolution eines ungewöhnlichen Sees zu gewinnen. Das nördliche Becken des Kivu-Sees enthält Sedimente von etwa 0,5 km Mächtigkeit, die dem präkambrischen kristallinen Grundgebirge überlagert sind. Die im Norden des Sees vorliegenden vulkanischen Gesteine erklären die hohen magnetischen Anomalien, die bis zu 300 betragen. Der Wärmefluß schwankt zwischen 0,4 und 4 cal/cm²/sec. Diese Schwankungsbreite erklärt sich zum Teil aus den Sedimentationsverhältnissen oder den lokalen Temperaturveränderungen im Tiefenwasser. Scharfe Grenzflächen in der vertikalen Temperatur- und Salinitätsstruktur des Wassers über den Gesamtsee sind das Ergebnis von Konvektion, die zu übereinanderliegenden Konvektionszellen führt, in denen jeweils Temperatur und Salinität konstant sind. Die Bildung, Anzahl und Stabilität solcher Zellen hängt von dem Verhältnis der durch Temperatur und Salzgehalt hervorgerufenen Dichteveränderungen ab.Die Konzentrationen der im Tiefenwasser gelösten Gase, d. h. von Kohlendioxyd und Methan, liegen für alle Tiefen unterhalb der Löslichkeit. Die vorliegenden Salze entstammen weitgehend hydrothermalen Lösungen, die dem Seeboden entweichen und deren Salinität etwa 4 beträgt; der Vergleichswert für das Tiefenwasser beträgt 2,5 Diese hydrothermalen Ausschüttungen haben eine Größe von etwa 0,5 km³ pro Jahr, was etwa ein Tausendstel des Gesamtseevolumens ausmacht. Zinkanomalien im Wasser sind ebenfalls hydrothermal bedingt.Physikalische, geochemische und paläontologische Indikatoren erlauben eine stratigraphische Korrelation aller Sedimentkerne. Die Sedimentationsraten liegen bei 30 cm/ 1000 Jahren, und ein pliozänes Alter errechnet sich daraus für das tiefe nördliche Becken. Perioden hydrothermaler Aktivitäten und verstärkter vulkanischer Tätigkeit, die sich in den Sedimenten nachweisen lassen, scheinen mit Pluvialzeiten zu koinzidieren.Die Anreicherung der Oberflächenwässer vom Kivusee durch Mineralstoffe führte zu einer explosionsartigen Spezisierung in der GattungNitzschia. Verschiedene neue Arten von Methan-oxidierenden und -produzierenden Bakterien wurden isoliert. Das Auftreten von Methan ist zum Teil bakteriell und zum Teil diagenetisch bedingt.

---

Résumé Des données géophysiques, géochimiques et biologiques sont présentées et collationnées pour donner une vue meilleure sur l'origine et l'évolution d'un lac particulier de la «Rift valley». La baie septentrionale du lac Kivu contient environ 500 mètres de sédiments qui recouvrent le socle cristallin d'âge précambrien. Des épanchements volcaniques au Nord du lac expliquent les fortes anomalies magnétiques qui atteignent 300. Les valeurs du flux thermique varient entre 0.4 et 4 cal/cm²/sec. Cette importante variation s'explique en partie par la sédimentation ou par des changements locaux de la température de l'eau de fond. Des surfaces-limites brusques dans la structure verticale de la répartition de la température et de la salinité de l'eau dans l'étendue du lac sont dûs à la convection; celle-ci conduit à la superposition de cellules de convection dans lesquelles la température et la salinité sont constantes. La formation, le nombre et la stabilité de telles cellules dépendent du rapport des variations de densité dues à la température et à la teneur en sels.Les concentrations des gaz dissouts dans l'eau profonde, en l'occurrence CO₂ et CH₄, sont, à toute profondeur, inférieures à la saturation. Les sels minéraux proviennent surtout de solutions hydrothermales qui émanent du fond du lac, et dont la salinité est voisine de 4; la valeur comparative pour l'eau profonde est de 2,5. L'apport annuel de ces sources est de l'ordre de 0,5 km³, soit 1/1000 du volume total du lac. Les teneurs anormales en Zn sont dues également à ce caractère hydrothermal.Des données physiques, géochemiques et paléontologiques permettent la corrélation stratigraphique des sédiments. Les vitesses de sédimentation sont de l'ordre de 30 cm/1000 ans, donnant ainsi un âge pliocène pour la partie profonde de la baie septentrionale. Les périodes d'activité hydrothermale et de renforcement de la vulcanicité qui se manifestent dans les sédiments, semblent coïncider avec les périodes pluviales.L'enrichissement des eaux de surface du lac Kivu en substances minérales a entraîné un développement explosif des diatomées, en particulier du genreNitzchia. Différentes espèces nouvelles de bactéries oxydant et produisant CH₄ ont été isolées. La présence de méthane est due en partie à la destruction du plancton par les bactéries et en partie à une transformation diagénétique.

---

, , . Kivu 0,5 , . , 300 . 0,4 4 (²) . , . . , , , . , . . _{2 4} . , 4%. 2,5%. 0,5 ³, , 1/1000 . ., . 30 /1000 , . . . , , , . Kivu Nitzschia. , . , — .

     

The erosion history of the Central Alps: evidence from zircon fission track data of the foreland basin sediments

Fission track dating on detrital zircons of Alpine debris in the Swiss molasse basin provides information about the erosion history of the Central Alps and the thermal evolution of source terrains. During Oligocene times, only sedimentary cover nappes, and Austroalpine basement units were eroded. Incision into Austroalpine basement units is indicated by increasing importance of Cretaceous cooling ages in granite pebbles upsection. Erosion of Penninic basement units started between 25 and 20 Ma. Early Oligocene zircon FT ages show that Penninic basement units were exposed at ∼20 Ma. Deeper Penninic units of the Lepontine Dome became exposed first at ∼14 Ma, contemporaneously with the opening of the Tauern window in the Eastern Alps. A middle Miocene cooling rate of 40 °C Myr⁻¹ is deduced for the Lower Penninic units of the Lepontine Dome.     

Humic acids: Their detergent qualities and potential uses in pollution remediation

Humic acids are amphiphilic species whose behavior in aqueous solution suggests that they form pseudomicelles–aggregates akin to the micelles familiar from synthetic surfactant chemistry. It is thought that humic pseudomicelles can be formed by both intramolecular coiling and intermolecular association, depending on the molecular weight, structural characteristics, and polydispersity of the humic acid in question. The process does not feature a critical micelle concentration. Experimental evidence indicates that metal ions enhance the detergent character of dissolved humic acid by facilitating the coiling and folding of the polymer chains. A recently conceived alternative model suggests that humic acids consist of relatively small subunits that associate through weak molecular interactions. This view appears to run counter to certain experimental observations, but deserves careful attention. The strong association between metal ions and solid humic acid makes it possible to use an inexpensive commercial grade for the decontamination of polluted water. A continuous elution process through a column packed with humic acid allows for the removal of both heavy metals and organic xenobiotics from aqueous solution.     

Die West-Mecklenburgische Senke

Ohne Zusammenfassung     

Osteuropa und die zyklische Gliederung der Erdgeschichte

Zusammenfassung Die epirogenetische Geschichte Osteuropas (Fennosarmatiens) läßt sich seit dem Kambrium in 11 Zyklen der Transgression und Regression gliedern, die vermutlich den PulsationenGrabaus entsprechen. Bei im allgemeinen gleichzeitigem und gleichsinnigem Verlauf zeigen sich regional gewisse Unterschiede oder Phasendifferenzen, indem einige stabilere Teile Sarmatiens die einzelnen Zyklen nur verzögert oder überhaupt nicht mitmachen. Diese Pulsationen sind nicht identisch mit den vom Verf. angenommenen Großzyklen Westeuropas, sondern werden von ihnen überlagert, allerdings in regelmäßiger Weise, derart, daß mehrere Pulsationen einen Großzyklus zusammensetzen. Durch diese Überlagerung entstehen Phasendivergenzen, welche den Gesamtvorgang komplizieren, ohne seine Gesetzmäßigkeit aufzuheben. Eine dritte Ursache für regionale Unterschiede besteht in dem vom Verf. schon früher betonten zyklischen Abdrehen der tektogenetischen Beanspruchung, welche zwischen alpidisch und uralisch wechselt. Da, entsprechend dem Großgefüge, im Westen die alpidische, im Osten die uralische Bewegungstendenz vorwiegt, entstehen zwangsläufig zeitliche Differenzen, die zu einer weiteren Komplikation des Bildes beitragen. Der Verf. legt aber Wert auf die Feststellung, daß diese Differenzen und Komplikationen in dem Wesen der zyklischen Prozesse begründet sind und ihre Gesetzmäßigkeit nicht nur nicht aufheben, sondern im Gegenteil dazu dienen können, die tieferen Ursachen des erdgeschichtlichen Rhythmus zu ergründen.