Biogene und nichtbiogene organische Schmutzstoffe

Analytical methods and their application on the river Rhine for the identification and determination of refractory organic compounds are reported. 18 hydrocarbons, 32 chlorinated hydrocarbons, 13 organic nitro compounds, 14 ethers, 4 alcohols, 9 phenols, 6 esters and 21 other organic compounds have been identified. In view of the tedious methods which have to be applied, a technique for determining the ratio of persistent to biodegradable organic compounds has to be found. Requirements and perspectives of microbiological assays are discussed and rules for the survey of waste discharges are proposed.     

Sediments and micronodules in the northern and central Peru Basin

The mineralogy and composition of sediments and manganese micronodules from the northern and central sectors of the Peru Basin are discussed. Because of the proximity of the basin to the Carbonate Compensation Depth (C.C.D.), surface sediments vary between calcareous oozes and siliceous muds. Besides biogenic components clay minerals are important. By far the most abundant clay mineral is smectite which is thought to be of diagenetic origin. On a carbonate-free basis, the surface sediments are rather uniform in composition throughout the basin and are similar in composition to those of the equatorial Pacific. Sedimentation rates for the uppermost core sections are in the range of 3 to 5 mm/ 1000 yr.Micronodule compositions show significant variations related to the size class of the micronodules and the depth of occurrence within the sediment column. In general, the chemistry of the micronodules can be explained by the reductive mobilization of Mn within the sediment column and by oxic diagenetic reactions between ferromanganese hydroxides and biogenic opal. The dominant mineral phase is todorokite.

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Zusammenfassung Mineralogie und chemische Zusammensetzung von Sedimenten und Manganmikroknollen aus dem nördlichen und zentralen Teil des Peru-Beckens werden beschrieben. Die Oberflächensedimente bestehen je nach der Lage zur Karbonatkompensationstiefe (C.C.D.) aus karbonatischen bzw. kieseligen Ablagerungen. Neben den biogenen Komponenten sind Tonmineralien (Smektit, Illit) von Bedeutung. Das häufigste Tonmineral ist diagenetisch gebildeter Smektit. Auf karbonatfreier Basis ist die chemische Zusammensetzung der Sedimente sehr einheitlich, vergleichbar mit dem Chemismus zentralpazifischer Sedimente.²³⁰Th-Datierungen ergeben eine Sedimentationsrate von 3–5 mm/1000 a für die obersten Sedimentschichten.In Abhängigkeit von der Korngrößenklasse und der Tiefe in der Sedimentsäule zeigen die Manganmikroknollen große Schwankungen im Chemismus. Remobilisationsprozesse unter reduzierenden Bedingungen in der Sedimentsäule sowie die diagenetischen Reaktionen zwischen Fe-Mn-Hydroxiden und biogenem Opal bestimmen die chemische Zusammensetzung der Manganmikroknollen. Die vorherrschende Mineralphase ist Todorokit.

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Résumé Cette note décrit la minéralogie et la composition des sédiments et des nodules polymétalliques de la partie septentrionale et centrale du bassin de Perou. Les sédiments de surface consistent en dépôts calcaires ou siliceux selon leur situation par rapport à la profondeur de compensation des carbonates (C. C. D.). A côté des composants biogènes, des minéraux argileux (smectites, illites) sont présents en quantité importante. Le minéral argileux le plus fréquent est une smectite diagenétique. La composition chimique de la fraction non carbonatée des sédiments est uniforme, comparable au chimisme de ceux du Pacifique central. Dans les couches les plus élevées, la vitesse de sédimentation, basée sur des datations par²³⁰Th, est de 3 à 5 mm/1000 ans.Le chimisme des micronodules polymétalliques est très variable et dépend de leur profondeur dans le sédiment et de leur dimension. Le chimisme est déterminé par des processus de remobilisation en conditions réductrices dans la colonne sêdimentaire, ainsi que par des réactions diagénétiques entre les hydroxydes de Fe-Mn et l'opale biogène. Le minéral dominant est la todorokite.

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. , (C. C. D.) , . ( , ). . , , . 230 , 3–5 /1000 . . , . .

     

A relation between the vectors of stress,wind, and current at water surfaces and between the shearing stress and velocities at solid boundaries

Summary The condition of a continuous transfer of mechanical energy from air to water may be satisfied not only by the equality of wind and current vectors at the surface but also by a difference of both vectors being perpendicular to the direction of the surface stress. It gives a simple explanation for the possible gliding of the air on water surfaces which gets evident by observed deflections between wind and surface currents not only in rivers and near the shore but also in the ocean.The work of the mean wind stress at the water surface may be transformed to turbulence and wave energy of the water and to eddy energy of the air. Near solid boundaries the work of the average shearing stress must be transformed into eddy energy flowing from the boundary into the fluid. In this way its turbulence may be maintained even in the presence of a very stable stratification.

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Eine Beziehung zwischen Wind-, Strom- und Spannungsvektor an der Wasseroberfläche und zwischen Schubspannung und Geschwindigkeit an festen Begrenzungen

Zusammenfassung Aus zweidimensionalen Grenzschichtbetrachtungen folgert man, da\ die Geschwindigkeitsvektoren von Luft und Wasser an dessen Oberfläche keine Differenz aufweisen. Doch die naheliegende Forderung nach Kontinuität des übergangs mechanischer Energie durch die Wasseroberfläche hat mit Rücksicht auf die dynamische und die kinematische Grenzflächenbedingung zur Folge, da\ in jedem Augenblick und somit auch im zeitlichen oder flächenhaften Mittel an dieser wie an jeder Grenzfläche das skalare Produkt zwischen dem Differenzvektor der Oberflächengeschwindigkeiten von Luft und Wasser und dem Schubspannungsvektor verschwindet. Diese Bedingung ist auf dem Wasser nicht nur dadurch erfüllbar, da\ die augenblickliche Differenz der Geschwindigkeitsvektoren ständig verschwindet, sondern ebenfalls dadurch, da\ ihre Tangentialkomponente senkrecht auf dem Schubspannungsvektor an der augenblicklichen Grenzfläche steht. Die Summe der Arbeitsleistungen der Normalspannungen oberhalb und unterhalb der Grenzfläche ist automatisch Null wegen der kinematischen Grenzflächenbedingung und daher in diesem Zusammenhang ohne Belang.Auch wenn die mittleren Richtungen von Strom, Wind und Schubspannung gleich sind, ist bei turbulenter Bewegung an der Grenzfläche die Kontinuität des Energieübergangs nur gewährleistet, wenn die Oberfläche unregelmä\ig (der Turbulenz entsprechend) deformiert ist, wobei eine Differenz in den Beträgen von mittlerem Strom und Wind möglich und ebenso physikalisch erklärbar wird wie die beobachteten — auf Flüssen und im Küstengebiet zwangsläufigen — Unterschiede ihrer mittleren Richtungen.Im Falle verschiedener Richtungen von Wind und Strom gibt es die Möglichkeit, da\ die mittleren Vektoren von Wind und Schubspannung annähernd gleichgerichtet sind, nur, wenn ein erheblicher Teil der Arbeitsleistung der mittleren Schubspannung an der Wasseroberfläche in Turbulenz- und Wellenenergie übergeführt wird. Sind die mittleren Vektoren von Wind und Strom senkrecht zueinander und im Betrage gleich, weichen beide von der Schubspannung um 45⁰ ab (was mit der Ekmanschen Theorie nichts zu tun hat). Es besteht bei Verschiedenheit der mittleren Richtungen von Strömung und Wind nicht die Möglichkeit, da\ Schubspannungs- und Windvektor gleichgerichtet sind und au\erdem die Arbeitsleistung des mittleren Windfeldes vollständig dem mittleren Stromfeld zugeführt und nicht teilweise in Turbulenzenergie verwandelt wird.Eine Bestimmung des Windschubs auf Grund der Prandtlschen Konzeption aus Beobachtungen vertikaler Windverteilungen nahe der Wasseroberfläche ist nicht mehr in Erwägung zu ziehen, weil dabei u. a. die Richtungen von Wind- und Schubspannungsvektor als gleich vorausgesetzt werden. Die mögliche Differenz der Richtungen von Wind und Schubspannung wäre auch in numerischen Berechnungen z. B. von Sturmfluten zu berücksichtigen, insbesondere, wenn der Oberflächenstrom infolge Küstennähe und Gezeitenstroms beträchtliche Richtungsabweichungen vom Wind aufweist.Nicht nur die mögliche Arbeitsleistung des turbulenten Zusatzfeldes durch seine Tangential-(und Normal-) Spannungen kann zur Erzeugung und Entwicklung von Windwellen beitragen. Auch eine direkte Arbeitsleistung des ausgeglichenen Windfeldes wirkt schon bei schwachem Wind in derselben Weise; sie ist zur Erzeugung von Driftströmen sogar notwendig, da das turbulente Zusatzfeld des Windes durch seine Arbeitsleistung nur die Turbulenz- und Wellenenergie des Wassers, aber nicht die Bewegungsenergie seines mittleren Stromfeldes zu vergrö\ern vermag. Demgegenüber kann mit Hilfe der Fluktuationen an der Wasseroberfläche die (wie nahe festen Begrenzungen) mit einem Gleiten verbundene Arbeitsleistung des ausgeglichenen Windfeldes verwandelt werden in Turbulenzenergie. In der Randschicht von festen Begrenzungen mu\ dies vollständig geschehen, da an ihnen keine Arbeit geleistet werden kann. Das führt zu einem Strom von Turbulenzenergie von der Begrenzung in das Stromfeld hinein, wodurch auch bei sehr stabiler und Turbulenz dämpfender Schichtung eine Erhaltung des turbulenten Zusatzfeldes und ein Abbau der Stabilität in Grenzflächennähe gefördert wird.Die entwickelten Vorstellungen widersprechen teilweise den vorherrschenden, welche den vektoriellen Charakter des Geschwindigkeitsfeldes ungenügend berücksichtigen oder zu weitgehender Analogie zu bewährten Modellen von laminaren Strömungen ihre Entstehung verdanken. Man mag in der Strömungslehre mit diesen Unvollkommenheiten auskommen; dennoch lä\t sich nicht leugnen, da\ sie keine Erklärung bekanntester Beobachtungstatsachen der Meteoro-Hydrographie wie z. B. die Richtungsabweichung zwischen Strom und Wind an der Wasseroberfläche gestatten. Au\erdem erklären sie nicht die Entwicklung von Fluktuationen an der Oberfläche als Erfordernis für einen kontinuierlichen übergang von Bewegungsenergie bei Verschiedenheit der mittleren Vektoren von Strom und Wind. Es erscheint daher unumgänglich, die bisherige Konzeption in geophysikalisch nutzbringender Weise zu erweitern, was hier versucht wurde.

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Une relation entre le vecteur de la tension, le vecteur du vent et le vecteur du courant à la surface de l'eau d'une part et entre le frottement tangentiel et la vitesse auprès de limites solides, d'autre part

Résumé La supposition d'un transfert de l'énergie mécanique de l'atmosphère à la surface de l'eau peut Être satisfaite non seulement par l'égalité des vecteurs du vent et du courant mais encore par la différence des deux vecteurs qui s'élève perpendiculairement au sens de la tension superficielle. Les observations suivant lesquelles le courant du vent dévie du courant de l'eau, ce qui se manifeste non seulement au-dessus des rivières ou au voisinage de la cÔte mais aussi audessus de 1'océan, expliquent d'une manière simple 1'existence possible du mouvement glissant de l'air au-dessus de la surface de l'eau.La puissance du frottement tangentiel moyen dû au vent à la surface de l'eau peut se transformer en mouvement turbulent et en énergie des vagues ou en énergie tourbillonnaire de l'air. Au voisinage des limites solides, le frottement tangentiel moyen doit se transformer en énergie tourbillonnaire qui, partant de la limite solide, se propage vers la fluide. De cette manière 1'état turbulent peut se maintenir mÊme en présence d'une stratification stable.

     

Testing Sr/Sr as a paleosalinity indicator on mixed marine, brackish-water and terrestrial vertebrate skeletal apatite in late Paleocene-early Eocene near-coastal sediments, Mississippi

Mixed marine, brackish-water and terrestrial vertebrate skeletal apatite is found in the late Paleocene-early Eocene Tuscahoma and Bashi Formations of Mississippi. The co-Occurrence in these near-coastal marine deposits of skeletal apatite with different provenances offers a unique opportunity for unraveling the effects of diagenesis on apatite ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr composition, with bearings on the use of this isotope pair as paleosalinity indicator. The results show that the Sr isotopes of all originally poorly ordered phases of skeletal apatite have extensively re-equilibrated with pore water with significantly lower ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios than late Paleocene-early Eocene seawater. For example, marine shark and ray teeth from the Bashi Formation all have clearly nonmarine ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios, 0.7073-0.7075, compared with a coeval seawater ratio in the range 0.7077-0.7078. However, separated shark tooth enamel, with a high original crystallinity, appears to have retained all or most of its in vivo Sr isotopic signature until the present. Here we also show that ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr results on recent vertebrate skeletal material from different environments are in good agreement with expected values for respective habitat.

Earlier analyses of calcite material from the Bashi Formation indicated the existence of a shift in seawater ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr to a lower value at the Paleocene-Eocene boundary. The strong influence of pore water with low, nonmarine ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr on the apatite in the Bashi Formation suggests that the proposed isotopic shift may be an artifact related to diagenetic processes.     

Evaluation of Duluth Complex anorthositic series (AS3) zircon as a U-Pb geochronological standard: new high-precision isotope dilution thermal ionization mass spectrometry results

U-Pb zircon geochronology is increasingly called upon to achieve the resolution of absolute time at the 0.1% to 1% level for rocks of Phanerozoic to Hadean age. Doing so requires accurate calibration of the several methods (conventional isotope dilution thermal ionization mass spectrometry [ID-TIMS], Pb evaporation, high-resolution ion microprobe [e.g. SHRIMP], and laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry [LA-ICPMS]) currently in use, in numerous laboratories, for the analysis of U and Pb isotopes in accessory minerals. Toward this end, the geochronological community would benefit from the establishment, distribution and widespread analysis of one or more standard reference materials. Among the candidates is natural zircon from the Duluth Complex anorthositic series of the Midcontinent Rift system of North America. These zircons, first dated by conventional ID-TIMS at 1099.1 ± 0.5 Ma, have been subsequently adopted as a geochronological standard by a number of high resolution ion microprobe facilities. A new and independent analysis of the systematics of a large set of single zircons (n = 27) from the same mineral separate yields indistinguishable ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb, upper intercept, and U-Pb concordia dates for the AS3 zircons. The concordia date, based on a subset of 12 concordant and equivalent zircons, of 1099.1 ± 0.2 Ma (±1.2 Ma considering systematic uncertainties in Pb/U tracer calibration and U decay constants) is indistinguishable from previously published results. We further document the absence of inherited Pb in the AS3 zircons, and discuss strategies for avoiding certain domains within the AS3 zircons exhibiting small amounts of radiation-induced, surface and fracture-correlated, recent Pb loss. Although the AS3 zircons do not represent the ideal (and elusive) homogeneous closed U-Pb system, we conclude that these and similar zircons from the Duluth Complex anorthositic series can provide a suitable geochronological reference standard for numerous U-Pb zircon analytical methods, given appropriate preparation guided by the results of this study. Our high-precision data set also serves as a useful confirmatory test of the currently accepted U decay constants.     

Subduction and terrane collision stabilize the western Kaapvaal craton tectosphere 2.9 billion years ago

Integrative models of crust and mantle structure, age, and growth of the oldest continental nuclei—the Archean cratons—are critical to understanding the processes that stabilize continental lithosphere. For the Kaapvaal craton of southern Africa, conflicting ages of stabilization have been derived from studies of its crust and underlying mantle. New U-Pb zircon geochronological data from the western Kaapvaal craton reveal that two older (3.7 to 3.1 billion year old) continental masses, the Kimberley and Witwatersrand blocks, were juxtaposed by a significantly younger, previously unresolved episode of subduction and terrane collision between 2.93 and 2.88 billion years ago. Geological evidence indicates that convergence was accommodated by subduction beneath the Kimberley block, culminating in collisional suturing in the vicinity of the present-day Colesberg magnetic lineament. The timing of these convergent margin processes is further shown to correlate with the strong peak in Re-Os age distributions of Kimberley block mantle peridotites, eclogites, and eclogite-hosted diamonds. These data thus support the petrogenetic coupling of continental crust and lithospheric mantle through a model of continental arc magmatism, subduction zone mantle wedge processing and terminal collisional advective thickening to form Archean continental tectosphere.     

Über Vertikalbewegung in der Unteren Troposphäre

Zusammenfassung Mittels der Differentialgleichungen für den Rotor und die Divergenz horizontaler turbulenter Luftbewegung und der Kontinuitätsgleichung wird näherungsweise die Vertikalbewegung in Abhängigkeit von den Druckänderungen bestimmt, deren zeitliche Variation als vertikal abnehmende periodische Schwankung (unter Berücksichtigung verschiedener Frequenzen ) angenommen wird. In allen durchgerechneten Fällen hängt die Vertikalgeschwindigkeit der Troposphäre in hohem (mit variierendem) Masse von der Reibung ab. Bei vielen, insbesondere den kleineren Frequenzen vorkommender Grösse besteht die Vertikalbewegung der unteren Troposphäre überwiegend aus dem Teil, der ohne Turbulenzreibung nicht entstehen würde. Auf diesem Wege kann die Bodenreibung die Vertikalbewegung und mittels dieser die Luftströmungen und Druckänderungen in allen Höhen massgeblich beeinflussen.

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Summary By means of the differential equations of curl and divergence of horizontal turbulent motion of air and the equation of continuity an approaching vertical motion is determined in dependance of pressure changes the temporal variation of which is supposed as a vertically decreasing oscillation (with regard to different frequencies ). In all calculated cases the vertical motion of the troposphere is modified by friction in a high degree (varying with ). With many, especially the smaller frequencies of realized magnitude vertical velocity of the lower troposphere consists prevailingly of that part which would not arise without additional stress components of turbulent motion. In this way friction at the earth's surface is able to influence essentially the vertical motion and by it the air currents and pressure changes in all levels.

     

Geochemical Sourcing of Flint Artifacts from Western Belgium and the German Rhineland: Testing Hypotheses on Gravettian Period Mobility and Raw Material Economy

Identifying the geological and geographical origin of lithic raw materials is critical to effectively address prehistoric forager raw material economies and mobility strategies. Currently, Paleolithic archaeology in Belgium lacks a systematic sourcing strategy to effectively substantiate detailed interpretations of prehistoric hunter‐gatherer behavioral change across time and space. This pilot study evaluates the potential to “fingerprint” flint from the Mons Basin, western Belgium, using the laser ablation‐inductively coupled plasma‐mass spectrometry (LA‐ICP‐MS) technique and a multivariate statistical analysis of 87 geological samples and 39 Gravettian period chipped stone artifacts. We reappraise two hypotheses raised by previous scholars based on visual raw material identification: (1) the Gravettian occupants of Maisières‐Canal supplied themselves with “black flint” from one single source; (2) the sites Rhens and Koblenz‐Metternich yielded artifacts indicative of long‐distance transfer of western Belgian flint into the German Rhineland, ca. 260 km from the primary source area. Our results demonstrate the validity of LA‐ICP‐MS data with flint and compositional data analysis for fingerprinting discrete geological formations from the Mons Basin. We suggest multiple source provisioning for Maisières‐Canal. Geochemical characterization of other potential flint sources is required to validate the long‐distance transfer hypothesis of western Belgian “black flint” into the German Rhineland.