Praktische Geologie und Allgemeinheit

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Der wasserhaushalt des Mittelländischen Meeres und der Ostsee in vergleichender Betrachtung

Summary Recent research, and particularly that undertaken by the «Kieler Institut für Meereskunde», has suggested a re-examination of the water households of both the Mediterranean and the Baltic Seas. It is hoped that a comparative study of the two may contribute to a better understanding of the maritim-meteorological and oceanographic characteristics of either sea. The latest rain maps byW. Daume, F. Möller, andW. Brogmus show an average annual amount of rainfall of 345 mm in the Mediterranean, and 474 mm in the Baltic. In both cases these figures are roughly 15 per cent lower than what authors have so far assumed them to be. The figures for the fresh-water sypply from the land have also been revised in recent publications byDaume andBrogmus, the annual figures for the Mediterranean being 350 km³ (i. e. 129mm in hight), while the annual figure for the Baltic is 480 km³ (i. e. 1243 mm in hight). These figures have been used together with recent, but still largely hypothetical, figures for the difference between in- and outflow at the straits (Gibraltar, Bosphorus, the Belts, and the Sound), to calculate the evaporation from the basic water-household equation. The annual evaporation figure is 1450 mm for the Mediterranean, and only 473 mm for the Baltic. Again, these figures differ from former estimates, but they are confirmed by other considerations, and calculations of maritime meteorology. It is with these new figures in mind that the author finally goes into the question of the hydrographic and climatic effects of a damming-up of the above-mentioned straits.Soergel's fantastic «Atlantropa» project, already criticised bytroll, van Einerm andDaume, is briefly treated from the point of view of the water household and is found to be largely impracticable. It is pointed out that the systematic collection of further information on the meteorological and oceanographic conditions of the two seas is urgently needed for the sake of further reducing the margin of error in the above calculations.

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Zusammenfassung Auf Grund neuerer, besonders auch im Kieler Institut für Meereskunde durchgeführter Untersuchungen wird der Versuch gemacht, die Wasserhaushalte des Mittelländischen Meeres und der Ostsee einer Revision zu unterziehen und durch eine vergleichende Betrachtung zu einem vertieften Verständnis der maritim-meteorologischen und ozeanographischen Besonderheiten beider meere beizutragen. Aus neuen Regenkarten vonW. Daume, F. Möller undW. Brogmus ergibt sich die mittlere Niederschlagshöhe für das Mittelmeer zu 345 mm/Jahr und für die Ostsee zu 474 mm/Jahr, das sind in beiden Fällen um rd. 15% niedrigere Werte, als frühere Autoren vermuteten. Auch für die Süßwasserzufuhr vom Lande werden im Anschluss an die neuen Arbeiten vonDaume undBrogmus neue Zahlen geboten: für das Mittelmeer 350 km³/Jahr (=129 mm/Jahr Wasserhöhe), für die Ostsee hingegen 480 km³/Jahr (=1243 mm/Jahr Wasserhöhe). Unter Benutzung dieser Zahlen und neuerer z.T. zwar noch sehr hypothetischer Angaben über die Differenz von Ausstrom und Einstrom in den ozeanischen Verbindungsstraßen (Straße von Gibraltar, Bosporus, Belte und Sund) wird die Verdunstung aus der Grundgleichung des Wasserhaushaltes rechnerisch ermittelt und für das Mittelmeer zu 1450 mm/Jahr, für die Ostsee hingegen zu nur 473 mm/Jahr gefunden, Werte, die von früheren Schätzungen abweichen, aber auch durch andere maritim- meteorologische Ueberlegungen und Berechnungen gestützt werden können. Zum Schluss wird die Frage der hydrographischen und klimatischen Auswirkung der Abdämmung der genannten Meeresengen vom Standpunkte dieser neuen Wasserbilanzen kritisch geprüft. Das phantastische «Atlantropa»-ProjektSoergels wird im Anschluss an die kritischen Betrachtungen vonTroll, van Einerm undDaume vom Standpunkte des Wasserhaushalts kurz beleuchtet und seine Durchfürhung in grossen Teilen als unmöglich angesehen. Weitere systematische maritimmeteorologische und ozeanographische Beobachtungen werden für beide Nebenmeere als dringend erwünscht bezeichnet, um die in dem Bilanzen noch bestehenden Unsicherheiten weiter zu verringern.

     

Übersicht über die Geologie des südlichen Lüderitzlandes

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Perch larvae (Perca fluviatilis L.) survive better in dilute sea water

Larvae of perch (Perca fluviatilis L.) reared in tanks for 27 days survived better in lake water to which 2% of artificial sea water had been added (46.6% average survival rate) than in lake water only (13.5% survival). One week after hatching, over 90% of the larvae had their guts filled in all tanks. During the following week the populations divided into floaters (fish with an inflated swimbladder) and sinkers (fish apparently lacking a functional swim-bladder). Although they continued feeding, sinkers remained smaller than floaters and most of them died.     

Calcite dissolution kinetics in the system CaCO3-H2O-CO2 at high undersaturation

Dissolution rates of limestone covered by a water film open to a CO₂-containing atmosphere are controlled by the chemical composition of the CaCO₃-H₂O-CO₂ solution at the water-mineral interface. This composition is determined by the Ca²⁺-concentration at this boundary, conversion of CO₂ into H⁺ and in the solution, and by diffusional mass transport of the dissolved species from and towards the water-limestone interface. A system of coupled diffusion-reaction equations for Ca²⁺, , and CO₂ is derived. The Ca²⁺ flux rates at the surface of the mineral are defined by the PWP-empirical rate law. These flux rates by the rules of stoichiometry must be equal to the flux rates of CO₂ across the air-water interface. In the solution, CO₂ is converted into H⁺ and . At low water-film thickness this reaction becomes rate limiting. The time dependent diffusion-reaction equations are solved for free drift dissolution by a finite-difference scheme, to obtain the dissolution rate of calcite as a function of the average calcium concentration in the water film. Dissolution rates are obtained for high undersaturation. The results reveal two regimes of linear dissolution kinetics, which can be described by a rate law F = α_i(m_ic_eq − c), where c is the calcium concentration in the water film, c_eq the equilibrium concentration with respect to calcite. For index i = 0, a fast rate law, which here is reported for the first time, is found with α₀ = 3 × 10⁻⁶ m s⁻¹ and m₀ = 0.3. For c > m₀c_eq, a slow rate law is valid with α₁ = 3 × 10⁻⁷ m  s⁻¹ and m₁ = 1, which confirms earlier work. The numbers given above are valid for film thickness of several tenths of a millimetre and at 20 °C. These rates are proven experimentally, using a flat inclined limestone plate covered by a laminar flowing water film injected at an input point with known flow rate Q and calcium concentration. From the concentration measured after flow distance x the dissolution rates are determined. These experiments have been performed at a carbon-dioxide pressure of 0.00035 atm and also of 0.01 atm. The results are in good agreement to the theoretical predictions.     

Der Stand des Problems der Entstehung des Mansfelder Kupferschiefers

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Metamorphe Basalte und Tuffe des Stavanger-Gebietes

Zusammenfassung Eine Reihe von kaledonischen Metamorphiten wurde mikroskopisch und chemisch untersucht. Die Lagerungsverhältnisse, makroskopischen und mikroskopischen Strukturmerkmale dieser Gesteine zeigen, daß es sich um metamorphe Basalte, Tuffe und Tuffite des kaledonischen Geosynklinalvulkanismus handelt, die jetzt in Grünschiefer- und Amphibolitfazies vorliegen. Die chemischen Analysen, CIPW-Normen und AFM-Koordinaten der Metabasalte liegen im Bereich ummetamorpher Basalte. Die Niggli-Werte entsprechen dem femischen bis schwach femischen Charakter von gabbroiden bis lenkogabbroiden Magmen der Kalkalkalireihe.Auf den basaltischen Ursprung solcher Gesteine des Boknfjords hatte bereits Goldschmidt (1921) hingewiesen.Ferner wurde eine ausgewählte Reihe von Metatuffen und -tuffiten, die dem basaltischen Vulkanismus entstammen, vergleichend untersucht: Eine im Felde nicht sehr häufig vertretene Gruppe von Metatuffen besitzt annähernd identische mineralogische und chemische Zusammensetzung mit den Metabasalten. Bei einer anderen Gruppe bestätigen sich die bereits bei der Kartierung gemachten Beobachtungen, daß das tuffogene Material zum großen Teil umgelagert wurde und einer Fraktionierung in dunkle schwere Minerale und helle leichte unterlag. Eine dritte am weitesten verbreitete Gruppe von Metatuffiten enthält mehr oder weniger bedeutende Anteile gewöhnlichen klastischen Verwitterungsmaterials, welches aus der Abtragung präkambrischer Mikroklingranite stammt.Die Untersuchungen zeigen, daß die von Oftedahl (1968) mitgeteilte Karte über die Verbreitung von unterordovizischen Grünsteinen ergänzt werden kann. Die Grenze des Verbreitungsgebietes verschiebt sich von der Insel Karmøy nach SE über den Boknfjord und das Gebiet von Strand hinaus.

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Metamorphic rocks of basaltic origin of the Stavanger-district

A metamorphic series of Cambro-Silurian sediments and granitic rocks in the Boknfjord area (SW-Norway) have been described in some earlier papers. In the upper division of the Boknfjord series metamorphic basalts and associated tuffs are the most important rocks. In the present paper chemical and mineralogical compositions of metabasalts and metatuffs have been investigated. Niggli values and CIPW norms demonstrate the basaltic origin of the samples. The original effusive rocks were transformed to amphibolites and greenstones by Caledonian metamorphism. Main part of the tuffs was found to be mixed with clastic sediments.

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Mein Dank gilt den Herren Professoren Dr. T. F. W. Barth, Oslo, und Dr. F. Karl, Kiel, für ihre tatkräftige Förderung meiner Untersuchungen sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bad Godesberg, für die Bewilligung finanzieller Mittel.     

A model of sand transport in Treporti channel: northern Venice lagoon

The origin of the sands in the Venice lagoon has been the subject of an extensive field survey in parallel with numerical modelling. Four transects along Treporti and Burano canals were conducted from which 33 bottom sediment samples were collected. These samples were analysed for grain size and sorting to examine any trends in the granulometry of these sediments that might shed light on transport paths. The modelling study consists of three parts: the sediment transport model sedtrans96 was used with a finite-element hydrodynamic model (Shyfem) and an empirical wave model (US Army Corps of Engineering) to simulate sand transport in the Treporti canal. A type of link box model was created where finite elements of the hydrodynamic model have been combined to macro-boxes on which the water and sediment flux over the sections, and a mass balance has been computed. Several grain size classes were simulated; the distributions before and after the simulation were examined. Idealised wind and tidal values were initially used to force 12 h simulations to test the sediment transport sensitivity. Finally, a full-year simulation (1987) has been carried out using measured tidal and wind data. Only a part of Venice lagoon was covered by the simulation: a major channel (Treporti) running from Lido inlet towards the northern lagoon. The total sand transport through all of the sections was computed for 1 year. Sediment mass balance was determined, and the resulting trends of erosion and deposition were computed. There were no trends in the median grain diameter and sorting of bottom samples from the Treporti canal; all sands were fine (120 μm, one outlier of 300 μm was removed). The absence of a trend in grain size suggests that there is no significant import of sand to the lagoon through the Lido inlet. The results from the simulations seem therefore to confirm the hypothesis of reworking of sand within the lagoon. The computed erosion is some centimeters per year diagnostic of channel scouring and enlargement with time. The Treporti canal is subject to strong current velocities of around 1 m/s, which hold fine sand in suspension and thus prevent sedimentation.     

Eine Simulierung orographischer Effekte durch Quellsingularitäten zur Fixierung stromaufwärts gelegener Randwerte

Zusammenfassung Ein zweidimensionales, linearisiertes Strömungsmodell für orographisch induzierte Effekte wird vorgestellt: Unter Voraussetzung von Pseudo-Instationärität lassen sich in einem schwach-geschichteten, reibungsfreien Medium mittlerer Größenordnung dynamisch-thermodynamische Störungen parameterisieren. Beim Überströmen eines Hindernisses, das durch effektiven QuellflußQ simuliert wird, kann man für normierte Stromlinien eine inhomogene Helmholtz-Gleichung ableiten, deren vier Randbedingungen durch das Eingreifen zweier Zusatzterme, welche das instationäre Verhalten beschreiben, modifiziert werden. Man wählt im folgenden den Quellfluß derartig, sodaß vonQ ein aufz=0 aufliegender, endlich ausgedehnter Rücken (mit dem ungefähren Querschnitt eines Halbzylinders) beschrieben wird.Näherungslösungen für den stromaufwärts liegenden Teil eines Rechteckbereiches nach Erreichen eines stationären Strömungszustandes sind mit den Methoden von Laplace-Fourier bestimmbar. Die numerische Größenabschätzung dieser kolumnaren Wellen zeigt, daß die im Windfeld orographisch induzierten Scherungszonen noch in beträchtlicher Entfernung stromaufwärts eines endlichen Hindernisses auftreten. Ihre Größenordnung gleicht jener von Scherungen, welche aus Effekten des thermischen Windes entstehen können. Die horizontale Perturbation der Geschwindigkeit ist bloß um eine Größenordnung kleiner als die Fließgeschwindigkeit des Grundstromes.Die Vorteile des neuen Ansatzes werden diskutiert: Quellsingularitäten sind besser als die üblichen analytischen Darstellungen der Topographie geeignet, die mitunter über weite Distanzen laufenden Störwellen niedrigster Frequenzen mit kolumnarem Charakter zu erfassen.Im Anhang findet man die Verallgemeinerung auf ein analoges dreidimensionales Modell: Ein System zweier partieller Differentialgleichungen führt zu Pseudo-Stromlinien des dreidimensionalen Raumes.

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Source disturbances simulating orographical effects: The determination of upstream boundary values

Summary As outlined in an Appendix a system of partial differential equations is derived for the stream surfaces of a flow of a stratified fluid over an obstacle for the so-called pseudo-instationary case of an inviscid linearized model for mesoscale motions in three dimensions.The solution for the two-dimensional case, which is the basic part of this paper, results in a Helmholtz Equation, the four boundary conditions of which are partially modified by two additional terms characterizing the instationarity of the problem. The orographic effects are parameterized by the effective source singularity. (The latter corresponds roughly to a mountain range with a semi-circular cross-sectional profile).For the upstream part of a rectangular range steady-state solutions in the limit of long time are obtained by the methods of Laplace-Fourier. The numerical calculation shows, that a system of orographically caused shear-layers (columnar waves) exists. The wind shears induced are of the order of shears due to thermal wind effects, though quite apart from these effects. The perturbations of horizontal velocity are only one order of magnitude smaller than the velocity of the fluid-flow itself.The results show that source singularities are good means to represent topographical effects: Especially they may explain more precisely upstream influences due to horizontally propagating waves having near-zero frequencies than the usual analytical formulations of orography can do it.Finally the theoretical results are compared with some data-sets taken from fluid-tank experiments and from observations from instrumented aircraft.