Spatial and temporal structure of the Denmark Strait Overflow revealed by acoustic observations

In spite of the fundamental role the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) plays for global climate stability, no direct current measurement of the Denmark Strait Overflow, which is the densest part of the AMOC, has been available until recently that resolve the cross-stream structure at the sill for long periods. Since 1999, an array of bottom-mounted acoustic instruments measuring current velocity and bottom-to-surface acoustic travel times was deployed at the sill. Here, the optimization of the array configuration based on a numerical overflow model is discussed. The simulation proves that more than 80% of the dense water transport variability is captured by two to three acoustic current profilers (ADCPs). The results are compared with time series from ADCPs and Inverted Echo Sounders deployed from 1999 to 2003, confirming that the dense overflow plume can be reliably measured by bottom-mounted instruments and that the overflow is largely geostrophically balanced at the sill.     

Rheology and geodynamic modelling: the next step forward

The application of continuum mechanics and microstructural analysis to geological studies over the past 30 years has spurred earth scientists to reassess fundamental tectonic processes such as subduction, collision and rifting in terms of dynamics. Armed with new analytical methods, geologists have returned to the field to look at rock structures with more mechanistic eyes. The advent of sophisticated computers, programs, and laboratory deformation equipment has facilitated the simulation of geodynamic processes that range in scale from the grain to the lithosphere. The result has been specialization, with the concomitant opening of communication gaps between geodynamicists, field geologists and rock mechanicists. Partly, these gaps reflect differences of perception and approach. In order to bridge these gaps, a workshop was organized after the DRM conference to debate how field and laboratory studies of deformed rocks can improve our understanding of lithospheric rheology, and in turn, how this understanding can be used to refine dynamic models of orogenesis. The workshop hosted participants with backgrounds in structural geology, experimental rock mechanics, metamorphic petrology and both numerical and analogue modelling. This paper summarizes the main controversies and conclusions reached during the workshop. For the sake of brevity, referencing in this summary is restricted to literature referred to during the oral presentations and to comments made by speakers themselves (names italicized).     

Isotope hydrological study of mean transit times in an alpine basin (Wimbachtal, Germany)

Measurements of tritium and ¹⁸O concentrations in precipitation and runoff were used to provide further insight into the groundwater storage properties of the Wimbachtal Valley, a catchment area of 33.4 km², extending between 636 and 2713 m a.s.l. in the Berchtesgaden Alps. The catchment includes three aquifer types: a dominant porous aquifer; a fractured dolomite; a karstic limestone aquifer. Employing a simple hydrological model, information about mean transit times of environmental tracers is derived for the groundwater runoff component and several karst springs from the application of the exponential and dispersion flow models to the isotopic input and output data. The mean transit times calculated from a dispersion model with transit times of 4.1 years for ¹⁸O and 4.2 years for tritium, which agree well, allow calculation of total (mobile + stagnant) groundwater storage volume, which is equivalent to 6.6 m of water depth. Direct runoff appears negligible as in many other cases.     

Vesuvianite-new tool for the U-Pb dating of skarn ore deposits

Summary Vesuvianites from the Early Proterozoic Björntjärn tungsten skarn deposit in northern Sweden were dated with the U-Pb and Pb-Pb methods. Low²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb values make the U-Pb dating of vesuvianite rather sensitive to the common lead correction. However, the combination of Pb-Pb and U-Pb data on the same material permits the deduction of precise ages on Proterozoic vesuvianites. Vesuvianite can be used to date the formation of skarn mineralizations and possibly also the metamorphism and metasomatism of argillaceous limestones.

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Vesuvianit-ein neues Werkzeug zur U-Pb Datierung von Skarnerzlagerstätten

Zusammenfassung Vesuvianit von der Wolfram-Skarnerzlagerstätte Björntjärn in Nordschweden wurde mit der U-Pb and Pb-Pb Methode datiert. Das tiefe²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb Verhältnis des Vesuvianits macht die U-Pb Altersbestimmung kräftig von der Korrektur des gewöhnlichen Bleis abhängig. Die Kombination von Pb-Pb und U-Pb Altersbestimmung am gleichen Probenmaterial erlaubt jedoch die präzise Datierung proterozoischer Vesuvianite. Vesuvianit kann zur direkten Altersbesimmung von Skarnlagerstätten und möglicherweise der Metamorphose und Metasomatose von mergeligen Kalksteinen verwendet werden.

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With 4 Figures     

Stellung des Experimentes im Rahmen tektonischer Forschung

Zusammenfassung Die Genese tektonischer Strukturen ist nicht direkt beobachtbar. Unsere einzige Arbeitsgrundlage sind die Spuren der Deformation im Fels, also das tektonische Gefüge. Im Gegensatz zu den meisten anderen naturwissenschaftlichen und technischen Fächern ist in der Tektonik ein Vergleich der Vorgänge im Experiment mit denen im Objekt im allgemeinen nicht möglich. Hieraus erklärt sich, daß das Experiment in der Tektonik bisher nur eine geringe Bedeutung erlangt hat. Jede tektonische Deutung ist aber ein Analogieschluß, bei dem Erfahrungen aus dem täglichen Leben oder die anderer Naturwissenschaften eingesetzt werden. Dieses Vorgehen muß durch ein exakteres, nämlich durch den Einsatz gezielter Experimente, abgelöst werden.Da aus dem obengenannten Grunde die Rückkopplung zwischen Experiment und Natur nur unvollkommen durchzuführen ist, besteht der Sinn tektonischer Experimente nicht darin, eine bestimmte natürliche Struktur nachzubilden, sondern darin, die Reaktionsmöglichkeiten von Festkörpern bei Deformation kennenzulernen. Experimente und Naturbeobachtung zeigen, daß es nur eine begrenzte Zahl von Reaktionsarten festen Materials bei Deformationen gibt. Diese Reaktionsarten unterscheiden sich nach der Art der Gefügeelemente, die bei der Deformation ausgebildet werden (Abb. 1). Bei den hier besprochenen Gefügeelementen handelt es sich um Trennbrüche (Spalten), Verschiebungsbrüche, Knickzonen und Normalfalten. Die Faltenachsenfläche der Knickzonen liegt einer Ebene größter Scherung etwa parallel, die der Normalfalten senkrecht zur Richtung größter Einengung.Die einzelnen Gefügeelemente treten in verschiedenen räumlichen Anordnungen auf, die als Gefügetypen bezeichnet werden. Die folgenden Ausführungen beschränken sich auf Gefügetypen mit rhombischer und monokliner Symmetrie.Die Abb. 1 stellt einen Ausschnitt aus einem System der Gefügetypen dar, in dem die einzelnen Gefügetypen entsprechend ihrer gegenseitigen Verwandtschaft angeordnet sind. Dieses System erlaubt es uns, die bisherigen tektonischen Experimente zu ordnen und auf Lücken unserer experimentellen Erfahrung hinzuweisen.

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Because the formation of tectonic structures cannot be observed directly, the study of such structures is restricted to an investigation of the traces of deformation within the rock itself, i.e. the tectonic fabric. In contrast to most other fields of research in science and technology the study of tectonics does not allow a direct comparison between experimental and natural processes, and for this reason, experimentation has until now played only a minor role in tectonic research. All tectonic interpretations, however, are based on analogies with observations made in everyday life or phenomena in related scientific fields. Clearly this procedure should be replaced by more accurate methods, which include objective experiments.Since the link between experiment and nature is at best incomplete, the goal of tectonic experimentation is not to simulate specific natural structures, but to investigate the different ways by which solids may react to deformations. Experiments and observations show that solid material may undergo only a limited number of such reactions. These reactions differ due to the form of fabric elements formed during deformation (Fig. 1).The discussion below is restricted to the following fabric elements: tension fissures, faults, kink-bands, and normal folds. The axial plane of kink-bands nearly parallels the plane of maximum shearing strain. The axial plane of normal folds is normal to the direction of maximum shortening.The various fabric elements are found in different spatial arrangements called fabric types. The discussion below is restricted to fabric types with orthorhombic and monoclinic symmetry.Fig. 1 illustrates part of a fabric type system in which the different fabric types are arranged according to their reciprocal relationship. This system allows the ordering of previous tectonic experiments and indicates the gaps in our experimental knowledge.

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Résumé La genèse des structures tectoniques n'est pas directement observable. Nos seules bases de travail sont les traces de la déformation dans les roches, autrement dit la texture tectonique. A l'opposé de la plupart des autres branches des sciences naturelles et des branches techniques, on ne peut généralement pas comparer, en tectonique, les processus fournis par l'expérimentation avec ceux qui en font l'objet. Ce qui explique que jusqu'à présent, l'expérimentation en tectonique n'a eu qu'une portée médiocre. Chaque interprétation tectonique est en fait liée à une finalité analogique tirée de comportements dans la vie quotidienne ou dans d'autres sciences naturelles. Ce procédé doit faire place à un autre, plus exact, principalement par la mise en oeuvre d'expériences bien orientées.Comme, pour les raisons citées plus haut, le couplage entre l'expérimentation et la nature ne peut être réalisé que de façon imparfaite, il faut que le sens de l'expérimentation tectonique consiste, non pas à reproduire une structure naturelle donnée, mais à reconnaître quelles sont les possibilités de réaction des corps solides à la déformation. L'expérimentation et l'observation de la nature montrent que les modalités réactionelles des matériaux solides vis-à-vis de la déformation existent seulement en nombre limité. Ces modalités différent selon les éléments structuraux impliqués dans la déformation. Les éléments texturaux discutés ici sont les fissures, les plans de glissement, les zones en chevron et les plis normaux. Le plan axial des zones en chevrons es parallèle à un plan de fort cisaillement; celui des plis normaux est perpendiculaire à la direction de plus grand resserrement.Chacun des éléments texturaux répond à différentes dispositions spatiales dont la signification est celle de types texturaux. Les déductions qui suivent se limitent à des types texturaux à symétrie rhombique et monoclinique.La fig. 1 représente une coupe dans un système de types texturaux dans lequel chacun de ceux-ci a été rangé conformément à leur parenté réciproque. Ce système nous permet de mettre de l'ordre dans les expériences tectoniques poursuivies jusqu'à ce jour, et de mettre en évidence les lacunes dans notre pratique expérimentale.

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Aus dem SFB 77 - Felsmechanik - Karlsruhe.

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Die Untersuchungen über Gefügetypen im Gelände und im Experiment wurden dankenswerterweise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, seit 1970 im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Felsmechanik, unterstützt. Meinen Mitarbeitern, Herrn Dipl.-Phys. H.Mischke, Herrn Dipl.-Ing.Klaus Müller und Herrn Dr. G.Schäfer danke ich für ihre Hilfe bei der Abfassung des Manuskriptes.     

Error study for the determination of the center of mass of the earth from Pageos observations

The least squares adjustment for the station coordinates of the worldwide satellite triangulation net gives, in addition to the station positions, the positions of the satellites observed in a simultaneous event from two or more stations. Through successive events short arcs can be fitted and the coordinates of the center of mass of the earth can be determined. It is shown that the center of mass will be obtained with an accuracy consistent with the accuracy of the station positions, if well distributed Pageos arcs of about one quarter of a revolution are taken and if three events per arc are given.     

Eine einfache Methode zur Unterscheidung feldspatreicher Sedimente durch statistische Erfassung des Plagioklasbestandes

Zusammenfassung Zur Charakterisierung und Unterscheidung vulkanischer Aschen und Tuffe der mittelamerikanischen Republik El Salvador konnte der unterschiedliche Anorthitgehalt der Plagioklase mit Erfolg herangezogen werden. Jede Probe wurde in eine Folge von Einbettungsflüssigkeiten mit Brechungsindizes von n=1,53 bis n=1,58 eingebettet und jeweils ausgezählt, ob der Brechungsindex na' der Plagioklase größer, kleiner oder gleich dem Brechungsindex der Einbettungsflüssigkeit war. Im Rahmen der hier erforderlichen Genauigkeit konnte auf diese Weise der prozentuale Anteil der Plagioklase mit unterschiedlichem Anorthitgehalt ermittelt werden. Die hieraus gewonnenen Verteilungsdiagramme erwiesen sich als charakteristisch für die verschiedenen Fördergebiete und Förderperioden der Vulkane.Eine eingehendere Darstellung dieser Methode erscheint demnächst im Neuen Jahrbuch Geol. Paläontol. unter dem Titel Beiträge zur Geologie El Salvadors — VII. Stoffbestand und regionale Verteilung vulkanogener Sedimente.     

Reporting negative results to stimulate experimental hydrology: discussion of “The role of experimental work in hydrological sciences – insights from a community survey”*

ABSTRACT

Experimental work in hydrology is in decline. Based on a community survey, Blume et al. showed that the hydrological community associates experimental work with greater risks. One of the main issues with experimental work is the higher chance of negative results (defined here as when the expected or wanted result was not observed despite careful experimental design, planning and execution), resulting in a longer and more difficult publishing process. Reporting on negative results would avoid putting time and resources into repeating experiments that lead to negative results, and give experimental hydrologists the scientific recognition they deserve. With this commentary, we propose four potential solutions to encourage reporting on negative results, which might contribute to a stimulation of experimental hydrology.