Petrology of lavas from episodes 2–47 of the Puu Oo eruption of Kilauea Volcano,Hawaii: Evaluation of magmatic processes

The Puu Oo eruption of Kilauea Volcano in Hawaii is one of its largest and most compositionally varied historical eruptions. The mineral and whole-rock compositions of the Puu Oo lavas indicate that there were three compositionally distinct magmas involved in the eruption. Two of these magmas were differentiated (<6.8 wt% MgO) and were apparently stored in the rift zone prior to the eruption. A third, more mafic magma (9–10 wt% MgO) was probably intruded as a dike from Kilauea's summit reservoir just before the start of the eruption. Its intrusion forced the other two magmas to mix, forming a hybrid that erupted during the first three eruptive episodes from a fissure system of vents. A new hybrid was erupted during episode 3 from the vent where Puu Oo later formed. The composition of the lava erupted from this vent became progressively more mafic over the next 21 months, although significant compositional variation occurred within some eruptive episodes. The intra-episode compositional variation was probably due to crystal fractionation in the shallow (0.0–2.9 km), dike-shaped (i.e. high surface area/volume ratio) and open-topped Puu Oo magma reservoir. The long-term compositional variation was controlled largely by mixing the early hybrid with the later, more mafic magma. The percentage of mafic magma in the erupted lava increased progressively to 100% by episode 30 (about two years after the eruption started). Three separate magma reservoirs were involved in the Puu Oo eruption. The two deeper reservoirs (3–4 km) recharged the shallow (0.4–2.9 km) Puu Oo reservoir. Recharge of the shallow reservoir occurred rapidly during an eruption indicating that these reservoirs were well connected. The connection with the early hybrid magma body was cut off before episode 30. Subsequently, only mafic magma from the summit reservoir has recharged the Puu Oo reservoir.     

Die Flugmagnetometervermessung des Oberrheingrabens und ihre Interpretation

Zusammenfassung Nach einem Überblick über wichtige technische Details von Flugmagnetometermessungen und gesteinsmagnetischen Untersuchungen wird die Karte der magnetischen Anomalien des Oberrheingrabens und seiner näheren Umgebung erläutert. Die magnetischen Anomalien grenzen ein SW-NE ausgerichtetes Gebiet ab, das im wesentlichen im Streichen ungestört durch den Rheingrabenrand verläuft. Dasselbe gilt für einzelne Anomalien. Die Ursache dieser Anomalien ist auf Grund der gesteinsmagnetischen Untersuchungen im Grundgebirge zu suchen.Eine quantitative Interpretation durch Modellkörper wird in Form einer Interpretationskarte vorgelegt, der Lage, Tiefe, Form und Magnetisierung zu entnehmen sind. Die magnetischen Störkörper verlaufen weitgehend parallel zu den bekannten geologischen Strukturen. Der eigentliche Rheingraben tritt im Anomalienbild nur indirekt hervor; doch gibt es Hinweise auf eine alte Anlage im Grundgebirge.

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After explaining fundamental technical details of airborne-magnetometer measurements and rockmagnetic investigations, the magnetic isanomaly map of the Upper Rhinegraben and its vicinity is presented. The magnetic anomalies delimit a SW-NE extending area running unaffected in its strike, across the Rhinegraben fault. The same can be observed for single anomalies. According to rockmagnetic investigations, the anomalies are caused by the basement. The results of the quantitative interpretation are plotted into an interpretation map, from which position, depth, shape and magnetization can be read. The magnetic model bodies are running parallel to known geological structures. The Rhinegraben itself is shown by the isanomaly map only indirectly, but there are hints to an old indication in the basement.

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Résumé Après avoir fait un exposé complet des détails techniques importants relatifs aux mesures exécutées par magnétomètre aéroporté aussi bien qu'aux investigations du magnétisme des roches, les auteurs commentent la carte des anomalies magnétiques du Fossé Rhénan et de ses environs les plus proches. Les anomalies magnétiques délimitent une aire de direction SW-NE, dont le tracé passe par la bordure du Fossé Rhénan tout en restant, en majeure partie, exempte de perturbations qui affectent la direction. Cela s'applique également à des anomalies individuelles. En raison des investigations du magnétisme des roches il faut chercher l'élément déclencheur de ces anomalies dans le substratum ancien.Les auteurs soumettent une interprétation quantitative réalisée à l'aide du rendu spatial du corps-modèle — interprétation présentée sous forme d'une carte d'interprétation qui permet de reconnaître, entre autres, la position, la profondeur, la forme de rendu spatial et la magnétisation. Les tracés de corps-modèle circonscrits par les anomalies, prennent un cours qui est largement parallèle aux bassins et aux seuils connus. Le Fossé Rhénan proprement dit ne ressort que de façon indirecte sur la carte des isanomalies. Toutefois il y a des indications qui suggèrent des disposition qui remontent à une époque reculée et se trouvent dans le substratum ancien.

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Selective chemical extraction of carbonate-associated metals from recent lacustrine sediments

Acidic ion-exchanger was applied to the selective extraction of heavy metals in carbonate phases of recent lake sediments. Cr was not detected and Fe and Cu contents were reduced by factors of three to ten, relative to non-carbonate fractions of the sediment samples. Values obtained for Mn and Zn exemplify the effects of dilution was well as enrichment, both originating from increased carbonate percentages. Determinations on grain-sized fractions from Bodensee samples suggest that elevated inputs of dissolved Zn, which partly originate from human activities, may be immobilized by authigenic carbonate precipitation.     

Alpidische Gebirgsbildung in den Ostalpen: ein plattentektonisches Modell (Kurzfassung)

Zusammenfassung Plattentektonische Modelle stellen neue Hilfsmittel für die Interpretation der alpinen Orogenese dar. Die Bildung ozeanischer Kruste und ihre gleichzeitige oder nachfolgende Abführung (Subduktion) im alpinen Raum werden als Hauptmechanismen tektonischer Ereignisse angesehen.Der Ablauf der alpidischen Gebirgsbildung als plattentektonisches Modell kann in fünf Epochen eingeteilt werden: Oberes Perm bis Trias, erste Gliederung des Ost- und Südalpenraumes mit Ausbildung zweier Grabensysteme; Lias bis Malm die Öffnung des penninischen Ozeans und Trennung der Eurasischen Platte von der Ostalpin-Südalpin-Adriatischen Platte; Malm bis Unterkreide, Ausdehnung des penninischen Ozeans und Bildung ozeanischer Kruste; Genoman bis Eozän, Subduktion der penninischen ozeanischen Lithosphäre unter die Ostalpin-Südalpin-Adriatische Platte und oberes Eozän bis Pliozän, Kollision der kontinentalen Platten und zentralalpine Hebungen.

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A plate tectonics model has been applied to explain mountain building in the eastern Alps. The formation of ridge-type oceanic crust and its destruction in a subduction zone are regarded ast the main mechanisms for the alpine orogeny.The process can be divided into five tectonic epochs: Permo-Triassic ( 235-200 m. y.) first tectonic subdivision of the Eastern and Southern Alps and formation of two different rift systems; Liassic to Malm ( 195-150 m. y.) opening of the Penninic Ocean or Piemontais and separation of the Eurasian plate from the Austroalpine-Southalpine-Adriatic plate); Malm to Early Cretaceous ( 150-110 m. y.) formation of ridge-type oceanic crust in the Penninic Ocean; Cenomanian to Eocene ( 100-45 m. y.) subduction of the Penninic oceanic lithosphere under the Austroalpine-Southalpine-Adriatic plate; Late Eocene to Miocene ( 42-5 m. y.) collision of the two continental plates and vertical uplift.

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Résumé La formation d'une croûte océanique et sa subduction contemporaine et postérieure sont invoquées ici comme l'un des mécanismes essentiels de l'évolution tectonique des Alpes orientales.Utilisant, comme modèle, la tectonique des plaques, l'orogénèse alpine peut se diviser en cinq «époques»: Permien supérieur-Trias (env. 235-200 m. a.), première individualisation tectonique entre les Alpes orientales et méridionales et dévelopement de deux systèmes de grabens; Lias-Malm (env. 195-150 m. a.), ouverture de l'océan pennique et séparation des plaques «Eurasia» et «Austroalpine-Meridionale-Adriatique»; Malm — Crétacé inférieure (env. 150-110 m.a.); extension de l'océan pennique et formation d'une croûte océanique; Cénomanien-Eocène (env. 100-45 m. a.), subduction de la lithosphère océanique sous la plaque «Austroalpine-Meridionale-Adriatique» et Eocène supérieur-Pliocène (env. 42-5 m. a.), collision des plaques continentales et soulèvement des Alpes centrales.

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Vortrag, am 27. 2. 1975 auf der 65. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in Karlsruhe gehalten.     

Stratigraphie und paläoklimatische Aussagen einiger Lotkerne aus dem Bereich des Island-Färöer-Rückens (Nordatlantik)

Zusammenfassung Auf der skandischen und atlantischen Seite des Island-Färöer-Rückens wurden je zwei Tiefseekerne aus ca. 1200–2500 m zwischen 4–6 m Länge auf ihre Globigerinen-Anteile, O-Isotope (Paläotemperaturen), z. T¹²C/¹³C-Verhältnisse, sowie auf sedimentologische Besonderheiten und Benthos-Elemente untersucht. Es zeigt sich, daß die paläoklimatische und stratigraphische Deutung solcher im Grenzbereich zweier ozeanischer Räume unter komplizierten hydrographischen und glazialen Verhältnissen abgesetzter Sedimente außerordentlich schwierig und nur durchführbar ist, wenn alle Merkmale synoptisch betrachtet und ausgewertet werden. Aufarbeitungsvorgänge können die Globigerinen-Verhältnisse, isotopisch leichtes Schmelzwasser die ¹⁸O-Werte erheblich stören. Die nur während der Übergangsphase von Kalt- zu Warmzeiten in größerem Maße abgesetzten glazialmarinen Geschiebebrocken sowie Reaktionen des Benthos sind eine wichtige Interpretationshilfe.Die Kerne der skandischen Seite reichen bis in die Riß-Kaltzeit, von der atlantischen Seite einer bis in das Eem, der andere bis in das Würm-Glazial. Während der Warmzeiten werden Temperaturen erreicht, die die heutigen leicht übersteigen können, die der Kaltzeiten schwanken zwischen –1 °C und + 3 °C. Die hohe Sedimentationsrate bleibt während der Kaltzeit relativ konstant, während der warmen Phase steigt sie nach S erheblich an. Während dieser Zeit wurden die Kerne des atlantischen Hanges durch Overflow-Prozesse geprägt. Ihre Lutite bis Sande enthalten besonders viele Sedimentanteile, die von der Schwelle selbst stammen und Hinweise auf deren geologische Natur und deren Alter geben. Die z. T. gekritzten Geschiebe in den glazialmarinen Diamiktiten besonders der Kerne der NE-Seite sind wahrscheinlich größtenteils aus der Arktis, Skandinavien, eventuell auch aus dem britischen Raum abzuleiten. Während der Glaziale erfolgte wahrscheinlich kein oder nur ein geringer Wasseraustausch zwischen beiden ozeanischen Bereichen, im Skandik herrschten damit möglicherweise geänderte Strömungsbedingungen.

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Two sediment cores, 4–6 m long, were taken from the north and two from the south of the Iceland-Faeroe Ridge (water depths 1200–2500 m).Sedimentological and biostratigraphical investigations as well as oxygen and carbon isotope determinations were used to explain the palaeoclimatic conditions during the accumulation of the cored sediments in this boundary area of two adjacent, highly different oceanic environments. Only by investigation of as many parameters as possible satisfying results can be gained. Reworking of sediments can influence theGlobigerina-percentages, isotopically light melt water can seriously affect the ¹⁸O-values. Ice-rafted material deposited primarily during the transition phase from a cold to a warm period proves to be of considerable importance for the interpretation of the cores.The oldest sediments obtained from the region north of the Iceland-Faeroe Ridge are of Riss-Glacial age, those from south of the ridge of Eem Interglacial and Riss Glacial age, respectively. During warm (interglacial and/or interstadial) times temperatures as high or even higher than today were measured, during cold times temperatures range between –1 °C and + 3 °C. Sedimentation rates are high and nearly constant during cold times, but increase during warm intervals in the southern area of investigation. During these warm intervals sediments from the southwestern slope of the Iceland-Faeroe-Ridge are strongly influenced by overflow processes. Those sediments contain a considerable amount of ridge-derived material which gives evidence of the ridge's geologic character and age. Most of the partly scratched boulders in the glaciomarine diamictites, especially in the cores from NE of the ridge, can be derived from the Arctic region and Scandinavia; some boulders, however, may have come from the British Isles. During glacial times there was hardly any mixing between water masses north and south of the ridge, the current conditions might have been different.

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Résumé Sur le côté scandique et atlantique de la crête d'Islande et des Faeroe, deux carrottes de sondage, de 4 à 6 m, dans les sédiments océaniques (profondeur de l'eau approximative 1200–2500 m) ont été analysées en ce qui concerne les Globigérines, les isotopes de ló (paléotemperatures), et en partie la proportion de¹²C/¹³C, ainsi que les particularités sédimentologiques et des éléments du benthos.Il apparaît ainsi que l'interprétation paléoclimatique et stratigraphique de ces sédiments, déposés dans des relations hydrographiques et glaciales complexes à la limite de deux régions océaniques est extrêmement difficile et seulement réalisable si on observe et si on exploite synoptiquement toutes les caractéristiques.Les manipulations des sédiments peuvent troubler considérablement les rapports Globigérines, et pour l'eau de fusion isotopiquement »légère«, les valeurs de ¹⁸O. Les galets glacio-marins, déposés en abondance au cours de la période de transition de la saison froide à la saison chaude, de même que les réactions du benthos sont des auxiliaires importants pour l'interprétation.Les carrottes prélevées du côté scandique remontent à la glaciation du Riss; du côté atlantique, l'une remonte à l'Eem et l'autre à la glaciation du Würm.Durant les périodes chaudes, les températures atteignent les nôtres ou même les dépassent; dans les périodes froides elles oscillent entre –1 °C et +3 °C. La vitesse de sédimentation, élevée, demeure relativement constante au cours de la période froide, mais croît considérablement vers le sud pendant la période chaude. A cette époque les carrottes du versant atlantique ont été affectées par des processus »d'Overflow«. Leurs lutites et même leurs sables contiennent beaucoup de particules sédimentaires qui proviennent de la crête même et indiquent sa nature géologique et son âge.Les galets parfois striés des diamictites glacio-marines, surtout ceux des carrottes de la partie du NE, proviennent pour la plupart probablement de l'Arctique, de la Scandinavie et éventuellement aussi de la région britannique.Pendant les glaciations il ne s'est probablement pas produit, ou peu seulement, d'échange d'eau entre les deux régions océaniques. Dans le Scandique il régnait d'après cela probablement des conditions variables de courants.

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4 6 , 1200–2500 Island-Färöer, , , , , , . , , , , .. , «» ¹⁸0. - , , ., , , — m , — –1° C –3° C. ; . «Overflow». , , , . , - , , , , . , ; , .

     

Trübeströme in Seen: Sauerstoffeintrag durch grundnah eingeschichtetes Flusswasser

Near-bottom current measurements in the main delta areas of the Walensee (Switzerland) and of Lake Constance yielded evidence that sporadic high influxes of clastic suspensions caused by flood stage discharges of tributaries generate turbidity underflows. Turbid suspensions plunge down the delta front as hyperpycnal inflows with speeds up to 130cm/s. These periodic intrusions of well oxygenated river water may influence the oxygen budget of the basal hypolimnion, thus possibly antagonizing eutrophication in marginal cases, supported by the adsorption of phosphate by suspended clay particles.      

Hydrographie in Gegenwart und Zukunft

Ohne ZusammenfassungVortrag gehalten am 25. September 1986 in Hamburg.     

Bodenströmungen und Sedimenttransport im Golf von Manfredonia (Italien,Südadria)

During 64 days (in June, July, and August 1967–1969), bottom currents have been measured by self-recordingRichardson current meters in the central Gulf of Manfredonia (Southern Adriatic Sea, Italy). The currents show mean velocities of 2–4 cm/sec and maximum velocities ranging from 10–14 cm/sec at 35–50 cm above the sea floor, and maximum velocities of 22 cm/sec at 250 cm above the sediment surface (see Table 1, Fig. 4). During the four measuring periods, NW- to NE-directed current vectors prevailed (Fig. 3): they can be explained by the assumption of a clockwise (anticyclonic) captive eddy or vortex in the Gulf, moving opposite to the constant, “summer-outgoing” Adriatic Gradient Current (Zore-Armanda 1968), which flows to the SE along the Italian coast (Fig. 1). The current directions are opposite to the prevailing wind directions, blowing during the summer mostly from the NW, N and NE; this might be explained by the activity of a northward compensation undercurrent, induced by those winds and possibly also by southeast-flowing surface (gradient) currents. The clockwise 360° rotation of current directions (velocity: 2–13 cm/sec) during one day (June 24/25, 1968) is explained by the influence of a spring tide with a tidal range of 35 cm (Fig. 6). These bottom currents, measured in summer, are only capable of redepositing the river-supplied, clay- to silt-size sediment material by suspension transport. During winter storms with wave action reaching down to a depth of 10 m (?) and swell from strong SE-winds with a longer fetch, it is supposed that current velocities are 3–5 times higher than in summer and sufficient to transport also fine sand. The characteristic distribution of total heavy minerals and of euhedral pyroxenes (Fig. 7 a, b) within the Gulf of Manfredonia indicates that the sediment supplied by the Apennine rivers (mainly River Ofanto) is being re-distributed to the NW and N by longshore drift and by nearshore currents belonging to a clockwise eddy system. This explanation could be verified by the direct current measurements.     

Zur Geologie von Ayûn Mûsa am westlichen Sinai, Ägypten

Zusammenfassung Der geologische Aufbau des Untergrunds von Ayûn Mûsa am westlichen Sinai wird beschrieben. Mesozoische Gesteinsserien unter dem an der Oberfläche allein verbreiteten U. Miozän (Burdigal), wurden bei mehreren Bohrungen auf Kohle durchörtert.Der Nubische Sandstein, der örtlich verschiedenes stratigraphisches Alter aufweisen kann, wird hier in seiner gleichförmigen Ausbildung durch eingeschaltete marine Serien des mittleren und oberen Juras untergliedert. Etwa an der Wadi Araba—G. Somâr-Achse findet diese marine Ausbildung die südliche Begrenzung und die Abfolge geht in die kontinentale oder ästuarine Fazies des Nubischen Sandsteins über.Der vortertiäre Schichtenverband wurde im Gefolge der laramischen Gebirgsbildungen strukturelles Teilstück im Syrischen Bogen und damit aus dem marinen Sedimentationsbereich herausgehoben. Das NE-SW streichende flachwellige Faltungsgebiet unterlag an der Wende Mesozoikum-Känozoikum tiefgründiger Abtragung, bis im Eozän die Lutet-Transgression auch den Raum von Ayûn Mûsa erfaßt. Danach wurde der Sinai erneut aus dem meerischen Sedimentationsraum herausgehoben und wieder Abtragungsgebiet.Die miozäne Transgression (Globigerinen-Mergel des Burdigal) griff mit mächtigen Konglomeraten undAmphistegina-Sanden über das eingeebnete und absinkende Gebiet am westlichen Sinai. Der Einbruch des Roten-Meer-Grabens und die Heraushebung des Plateaus von El Tih im zentralen Sinai engte den marinen Bereich auf die heutigen Tiefenfurchen (Golf von Suez und Aqaba) ein. Im Gefolge dieser Grabentektonik wurde das Ayûn-Mûsa-Gebiet horstförmig zerschnitten.

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The subsurface geology of Ayûn Mûsa (West Sinai) ist briefly described from several boreholes. Lower Miocene (Burdigalian) covers the entire region, underlain by a Mesozoic sequence.The Nubian Sandstone, which is of different age at various localities in Egypt, interfingers with marine Middle and Upper Jurassic beds, extending as far south as the Wadi Araba — G. Somâr Axis.The Pre-Tertiary beds of Ayûn Mûsa were gently folded with a NE-SW strike during the Laramic orogeny and became structurally part of the Syrian Arc.After the folding the region was deeply eroded until Eocene when the Lutetian transgression invaded Ayûn Mûsa area. This was followed by a general upheaval and further erosion of the Sinai structural complex.This period of erosion is followed by a Miocene transgression in the subsiding area of western Sinai. The basal part of the Lower Miocene consists of thick conglomerats andAmphistegina sands which pass upwards into BurdigalianGlobigerina-Marls. Later differential block movements caused the formation of the Red-Sea-Graben and the uplift of the Plateau of El Tih (Central Sinai) resulting in a local horst in the Ayûn Mûsa district. This restricted the marine sedimentation to the region of the Golf of Suez and Aqaba.

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Résumé L'auteur décrit la constitution géologique du soubassement de Ayûn Mûsa dans la partie occidentale du Sinaï. Des séries de roches mésozoïques parmi lesquelles seul le Miocène inférieur (Burdigalien) affleure, ont été traversées par plusieurs sondages pour recherches de charbon.Le grès nubien, qui, suivant les endroits, peut être d'âge stratigraphique différent, est divisé ici dans un faciès uniforme, par des séries marines intercalées appartenant au Jurassique moyen et supérieur. Cette formation marine se termine vers le Sud a peu près suivant l'axe Wadi Araba — G. Somâr et la série passe au faciès continental ou estuairien du grès nubien.Le complexe de couches pré-tertiaires fut soulevé au cours de la formation des chaînes laramiques suivant l'arc syrien et soustrait ainsi au domaine de sédimentation marine. La région largement plissée dirigée NE-SW a subi, à la limite du Mésozoïque-Cénozoïque, une érosion profonde jusqu'au moment où, à l'Eocène, la transgression du Lutétien atteignit la région de Ayûn Mûsa. Ensuite le Sinaï a été soulevé à nouveau et soumis à l'érosion. La transgression miocène (Marne à globigerines du Burdigalien) a empiété avec ses conglomérats puissants et les sables àAmphistegina sur le domaine pénéplané et en voie d'affaissement à l'Ouest du Sinaï. L'affaissement du Graben de la Mer Rouge et le soulèvement du plateau de El Tih dans le Sinaï central a rétréci le domaine marin au sillon profond tel qu'il existe aujourd'hui (Golfes de Suez et d'Akaba). A la suite de cette tectonique en graben, le domaine de Ayûn Mûsa a été découpé suivant une structure en horst.

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Ayûn Mûsa (); , .

     

The Influence of NaBr/NaCl Ratio on the Br--Catalysed Production of Halogenated Radicals

The activation of Br^- and Cl^- to atomic Br and Cl in sea-spray aerosol was investigated in smog-chamber experiments. In the presence of O₃, hydrocarbons and NaCl aerosol alone no activation was observed. By adding Br^- to the aerosol, the chain reaction: Br + O₃ BrO, BrO + HO₂ HOBr, HOBr HOBr(aq), HOBr(aq) + H⁺ + Br^- Br₂ (6), HOBr(aq) + H⁺ + Cl^- BrCl (7) was verified. The step from reaction (6) to (7) is accompanied by a decrease of the Br^-/Cl^- ratio from 1/600 to less than 1/2000. In the absence of sulphate, the chain is initiated by the reaction of OH(aq) with Br^-. The pH value decreases to less than 2 during the first minutes of the experiment and later on to almost 1 (in the absence of NO_x or SO₂). This is caused by the formation of oxalic acid from alkanes and toluene. In stopped flow experiments, the reduction of Br₂ by oxalic acid was observed to occur through a two-step mechanism: HC₂O₄ ^- + Br₂ Br^- + BrC₂O₄H (k₂₂, k_-22), BrC₂O₄H Br^- + H⁺ + 2 CO₂ (23) with the following rate constants and ratios of rate constants, k ± 2: k₂₂k_-23 / k_-22 = (2.9 ± 0.3) · 10^-4 s^-1, k_-22 / k_-23 = 7000 ± ₃₀₀₀ ¹³⁰⁰⁰ M^-1, k₂₂ = 2 ±_-1 ⁴ M^-1 s^-1, and k_-23 > 0.1 s^-1, k_-22 > 600 M^-1 s^-1. Oxalic acid may be responsible for the inhibition of the chain reaction observed at the end of the experiments.