An attempt to quantify seeing through disturbed atmospheric ground layers

This paper relates to atmospheric seeing in daylight over a horizontal range of 775 m. The target was an illuminated circular sector pattern with which an observer may obtain optical contrast functions by stepwise quantitative estimations. Such functions were composed by marking the visual limits of recognition for each sector of the target during various weather situations. Characteristic features of the results of this work are summarized in the legends of the figures.     

Spaltprodukt-Radioaktivität in Niederschlägen,auf Gletscherflächen,in Gräsern und Tierorganen nach Messungen in verschiedenen Höhenlagen der Nordalpen in den Jahren 1957 bis 1960

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über Messungen der künstlichen Beta- und Gamma-Radioaktivität (Spaltproduktaktivität) in Niederschlägen, auf einer Gletscherfläche und in Gras- und Tierorganproben. Das Wesentliche der Untersuchung liegt nicht allein in der lückenlosen zeitlichen Erfassung aller dieser Größen seit 1957/58, sondern vor allem in der synchronen Bestimmung der Aktivitätswerte in Proben, die gleichzeitig in verschiedenen Höhenlagen gewonnen worden sind (Niederschlag, Grasaschen). Diesem Zwecke dient ein alpines Stationspaar mit relativ großem Höhenunterschied (1,1 km) bei kleinem Basisabstand (2,5 km). Die Sammlung von Gletschereisproben erfolgte in Höhen von etwa 2600 m NN. Zusätzlich zu den Bestimmungen der Gesamt-, Beta- und Gamma-Radioaktivität der Proben wurden chemisch-radiologische Isotopenanalysen ausgeführt.Aus dem Vergleich der in verschiedenen Höhen gewonnenen Proben ergibt sich, daß, während die spezifische Niederschlags-Radioaktivität auf dem letzten Kilometer Fallweg noch um im Mittel 20% ansteigt, die mittlere Zufuhr von Aktivität zum Boden an der Bergstation etwa gleich der an der Talstation (wegen unterschiedlicher Niederschlagsmengen) ist. Die spezifische Radioaktivität in den Grasaschen nimmt mit steigender Höhenlage des Probenahmeortes stark zu; diese Höhenabhängigkeit der Kontamination kann nicht durch unterschiedliche Aktivitätszufuhr zum Boden in Abhängigkeit von der Höhe erklärt werden. Auch zeigen die Gräser aus verschiedenen Höhen keine Unterschiede bezüglich Wasser- und Mineraliengehalt, die den Höheneffekt der Kontamination erklären könnten. Die auf Gletscherflächen gefundene Konzentration an Kernspaltprodukten ist sehr hoch (maximal mehrere 1000·10^–7 C/cm³). Ihre zeitlichen und örtlichen Abhängigkeiten werden studiert.Eine besonders eingehende Auswertung erfahren die in Niederschlägen gefundenen Werte der Radioaktivität, vor allem auch in bezug auf meteorologische Bedingungen (z. B. Labilität), den zeitlichen Abfall der Aktivität (Bestimmung der Explosionszeitpunkte) und die Beziehung zur Luftradioaktivität (wash out-Effekt). Es zeigt sich, daß die Niederschläge sehr oft Aktivität zur Erdoberfläche zurückführen, die, an Feinstaub gebunden, durch Luftbewegung vom Boden aufgewirbelt worden war; dadurch entsteht eine Verfälschung der Aktivitätsmessung im Niederschlag. Niederschläge, die an Hochstationen aufgefangen werden, liefern verläßlichere Werte in bezug auf künstliche Radioaktivität aus dem Wolkenniveau, da sich die Aufwirbelungsvorgänge nur in den untersten 100 m der Atmosphäre abspielen.

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Summary Measurements of artificial and radioactivity in precipitation, on glacier surfaces, and in samples of grass and animal matter are described. The observations have been carried out regularly since 1957/58. Samples from different altitudes have been taken simultaneously at two alpine stations (altitude difference 1,1 km, horizontal distance 2,5 km). Glacier ice was sampled at an altitude of 2600 m. In addition to the determinations of radioactivity, analyses of radio-isotopes were carried out.Comparison of the results from different altitudes shows that the specific radioactivity of precipitation during the last kilometre of its fall increases by about 20%, while the mean addition of radioactive matter to the ground is about equal at the upper and lower station (due to the different amounts of precipitation). The specific radioactivity of grass ashes shows a marked increase with altitude which cannot be explained by a different supply of radioactive matter to the ground. The grass in different altitudes shows no differences in water and mineral content which might otherwise explain the dependence on altitude of radioactive contamination. The concentration of nuclear fission products found on glacier surfaces is very high (maximum several 1000·10^–7 C/cm³).The radioactivity of precipitation with respect to the general meteorological conditions (e. g. instability), the decrease with time (after date of nuclear explosion), and the relationship to radioactivity of the air (wash-out effect) are discussed in detail. Measurements of the radioactivity of precipitation are often biased by radioactive dust carried off the ground by turbulence. Therefore, the most reliable determinations of radioactive contamination from the cloud level are obtained by using the precipitation at high altitude stations.

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Résumé Des mesures de la radioactivité et artificielle (produits de fission) de la précipitation, de la surface d'un glacier, de l'herbe et d'organes animaux faites depuis 1957/58 de façon continue ont fourni des valeurs provenant simultanément d'altitudes différentes. Elles ont été faites à deux stations alpines distantes de 2,5 km et à 1,1 km l'une au-dessus de l'autre; la glace fut récoltée á 2600 m. L'analyse des échantillons porta sur la teneur radioactive et la présence d'isotopes.Alors que la radioactivité de la précipitaton augmente de 20% au cours du dernier kilomètre de chute, l'activité fourni au sol est la même aux deux stations d'en haut et d'en bas. La radioactivité spécifique des cendres d'herbe augmente avec l'altitude, mais cela ne peut tenir à des différences de l'apport d'activité au sol ni à la teneur en sels minéraux ou en eau. Sur le glacier la concentration en produits radioactifs est très élevée.Il arrive que la précipitation ramène au sol des produits de fission souleveés de terre avec de fines poussières ce qui fausse les mesures relatives aux précipitations. Celles-ci sont plus sûres lorsqu'on les effectue à la montagne puisque les enrichissements par les poussières soulevées sont limités aux premiers cent mètres de l'atmosphère.

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Mit 17 Textabbildungen

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Zur Zeit Farchant bei Garmisch, Oberbayern, Bundesrepublik Deutschland.     

Ergebnisse luftelektrischer Messungen auf dem Zugspitzplatt in 2500 m Seehöhe

Zusammenfassung Zur Klärung spezieller Fragen wurde zusätzlich zu unseren laufenden synoptisch-luftelektrischen Registrierungen im Zugspitzgebiet (Wettersteingebirge, Bayerische Alpen) eine Meßexkursion in das «Zugspitzplatt» ausgeführt (August 1954). Es wurden auf dieser Hochfläche in 2500 m NN Registrierungen des Potentialgradienten, sowie Messungen der polaren Luftleitfähigkeiten mit Hilfe tragbarer Geräte ausgeführt. Durch eingehenden Vergleich der Potential-Registrierungen auf dem Zugspitzgipfel (Z) mit denen auf dem Zugspitzplatt (P) konnte festgestellt werden, dass die auf dem Berggipfel gewonnenen Messwerte, trotz ausgesetzter Lage der Station, als repräsentativ und frei von störenden Nebenerscheinungen angesehen werden können.Die frühere Feststellung, dass während Schneefall das luftelektrische Feld positiv, während Regen aber negativ gerichtet ist, wurde auch für diese Seehöhe (StationP) bestätigt. An Tagen mit ausgeprägter Konvektion ist das austauschbedingte Hochtragen von Kernen und Grossionen bis in die Höhe von 2500 m deutlich an der Abweichung des Tagesganges der Feldstärke beiP von dem am Gipfel gemessenen Gang festzustellen. Bei Nebel, der aus tiefer liegenden Wolkenniveaus (Str, Str-cu) hochgetragen wird, verhalten sich Potentialgradient und polare Leitfähigkeiten an StationP wie in geringen Seehöhen. Kommt die StationP in den Bereich abwärtsgerichteter Strömungen, so treten gelegentlich deutliche, isolierte Anstiege allein der negativen Leitfähigkeit auf. Es wurde festgestellt, dass die Unterseite einer stehenden, linsenförmigen Hinderniswolke negative Raumladungen, deren Oberseite jedoch wahrscheinlich positive Raumladungen trägt. An der Ober- bzw. Vorderseite dieser Wolke konnten deutlich isolierte Anstiege der negativen Leitfähigkeit festgestellt werden.

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Summary Besides our continuous synoptic records of the air-electric elements in the region of the Zugspitze (Wetterstein Mountains, Bavarian Alps) a measuring excursion has been undertaken to the «Zugspitzplatt» in order to clarify some special questions (August 1954). On this plateau, 2500 meters above sea level, readings of the potential gradient have been recorded with a transportable instrument and the polar conductivities of the air have been measured. Comparing exactly the readings recorded on the Zugspitze-Peak (Z, 2963 meters above sea level) with those recorded on the Zugspitzplatt (P) we could show that the values measured on the peak — in spite of the exposed situation of this station — have to be considered as representative and free from disturbing secondary phenomena.Our former observation that the accessory potential gradient during snow-fall has a positive sign, and during rain shows a negative one, has been confirmed. On days when convection prevails, the deviation of the diurnal variation of the potential gradient onP from the diurnal variation onZ indicates distinctly the elevation up to 2500 m, caused by the exchance, of nuclei and large ions. During fog lifted up from lower cloud levels (stratus, stratocumulus) potential gradient and polar conductivities on stationP show the same behaviour as in low altitudes. If stationP is reached by descending currents, the negative conductivity sometimes is clearly observed to rise separately. It has been noticed that on the base of a standing lenticular crest cloud there are free electric charges of negative sign, and on the upper surface, probably, positive ones. On the surface or fore part of these clouds a separate increase of the negative conductivity could be measured distinctly.

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Aus der Physikalisch-Bioklimatische Forschungsstelle München AB 830. The research reported in this article has been sponsored by the Geophysics Research Directoriate of the Air Force Cambridge Research Center,Air Research and development Command, United States Air Force, under contract AF (514)-732-C, through the European Office, ARDC.     

Case study concerning the impact of solar activity upon potential gradient and air earth current in the lower troposphere

Summary From the years of 1968 and 1969, five periods were selected which are distinguished by the fact that at the recording site for potential gradientE and air earth currentI (at 3000 m a.s.l.), pure fine weather prevailed for 7 up to 20 days, and the site was persistently situated above the exchange layer. Thus, favorable conditions existed for the investigation of solar impact on the behavior ofE andI. The following parameters were compared withE andI during said periods: solar flares bursts of very high frequency waves,X and proton bursts, solar wind velocity, geomagnetic disturbances and storms, and solar 10 cm radiation flux. It became very apparent that a maximum of 10 cm flux was followed, after a few days, by a maximum ofE xI. This correlation is more pronounced than that existing betweenE xI and solar flares. The correlation ofE xI with other geophysical and astrophysical parameters is loose by comparison. The investigations have revealed that fine analyses such as have been attempted here, might be suited for clearing up, step by step, the actual causal relationship between a solar event and the behavior of the atmospheric electrical parameters.

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Zusammenfassung Aus den Jahren 1968 und 1969 wurden 5 Perioden ausgewählt, die sich dadurch auszeichnen, dass an der in 3000 m a.s.l. liegenden Registrierstation für PotentialgradientE und air earth currentI über 7–20 Tage hinweg reines Schönwetter herrschte und sich die Station anhaltend über der Austausch-Schicht befand. Günstige Voraussetzungen für das Studium solarer Einflüsse auf das Verhalten vonE undI waren damit gegeben. Mit dem Zeitverlauf dieser Grössen wurde während dieser Perioden verglichen: solar flares, Ultrakurzwellen bursts,X- und proton bursts, solar wind velocity, geomagnetische Störungen und Stürme, und solar 10 cm flux. Es zeichnete sich schr klar ab, dass wenige Tage nach einem Maximum des 10 cm flux ein Maximum vonE xI flogt. Diese Korrelation ist ausgeprägter als die zwischenE xI und solar flares. Die übrigen geo- und astrophysikalischen Parameter lassen eine vergleichsweise lose Korrelation mitE xI erkennen. Die Untersuchungen zeigen, dass sich Feinanalysen, wie sie hier versucht worden sind, dazu eignen könnten, die eigentlichen Kausalbeziehungen zwischen solarem Ereignis und Verhalten der atmosphärischelektrischen Parametern Schritt für Schritt aufzuklären.

     

Further evidence for impact of solar flares on potential gradient and air-earth current characteristics at high mountain stations

Summary For the period February 1967–May 1969, a period of increasing solar activity, unrestricted substantiation was obtained of earlier results which had indicated that subsequent to H-flares potential gradient and air-earth current will increase significantly. A presupposition of this result is that the atmospheric electrical elements are recorded at stations with only minimal local climatic and aerosol physical disturbance factors, and that only meteorologically undisturbed days are used. It was ascertained that the exclusive use of fine weather days is of no influence on the results. The confirmed solar-terrestrial relation is even more pronounced when measurements are based on flares in the vicinity of the central meridian of the sun. It was further substantiated that the frequency of sferics pulses is significantly increased from the flare day on. As the cause for this a solar-triggered increase in thunderstorm frequency is suggested which, in turn, leads to an increase of the potential gradient and earth current. Proton flares have an effect analogous to that of H-flares. If H-flare key days are used on which significant changes were observed in the distribution of pressure over the northern hemisphere, a significant increase of potential gradient and air-earth current is found even with these flare key days. Thus for the first time a connection is made between solar-caused atmospheric electrical effects and synchronous global meteorological changes.     

Hydrothermal gases offshore Milos Island, Greece

Hydrothermal fluids emerge from the seafloor of Paleohori Bay on Milos. The gases in these fluids contain mostly CO₂ but CH₄ concentrations up to 2% are present. The stable carbon isotopic composition of the CO₂ (near 0%) indicates an inorganic carbon source (dissociation of underlying marine carbonates). The carbon and hydrogen isotopes of most CH₄ samples are enriched in the heavy species (δ¹³C = −9.4 to −17.8‰; δD = −102 to −189‰) which is believed to be characteristic for an abiogenic production of CH₄ by CO₂-reduction (Fischer-Tropsch reactions). Depletions in the deuterium content of three CH₄ samples (to −377%) are probably caused by unknown subsurface rock alteration processes. Secondary hydrogen isotope exchange processes between methane, hydrogen and water are most likely responsible for calculated unrealistic methane formation temperatures.

We show that excess helium, slightly enriched in ³He, is present in the hydrothermal fluids emerging the seafloor of Paleohori Bay. When the isotopic ratio of the excess component is calculated a ³He/⁴He_excess of 3.6 · 10⁻⁶ is obtained: This indicates that the excess component consists of about one third of mantle helium and two thirds of radiogenic helium. We infer that the mantle-derived component has been strongly diluted by radiogenic helium during the ascent of the fluids to the surface.     

Multifactorial control of sedimentation patterns in an ocean marginal basin: the Lusitanian Basin (Portugal) during the Kimmeridgian and Tithonian

The Mesozoic Lusitanian Basin developed as a part of the North Atlantic rift system. Tectonic rifting activity was rejuvenated during the Upper Jurassic, leading to intensive differentiation of facies development. Kimmeridgian and Lower Tithonian calcareous and siliciclastic sediments represent basinal and slope, shallow marine, and terrestrial environments. The lithostratigraphic arrangement of facies units is demonstrated. Sediment character, distribution and thicknesses are mainly controlled by synsedimentary faulting, with a partial overprint by uprise of salt diapirs. Eustatic sea level fluctuations, exogenic and biogenic factors resulted in additional control on facies development.Comparing bathymetric development of major basin sections and simplified plotting on a common time scale is a simple tool to unravel the multifactorial control of sedimentation and to test the validity of some biostratigraphic markers.During the Kimmeridgian, paleogeography was mainly determined by intensive subsidence of the basin center, by a large linear uplift zone m the north, and by a high amount of clastic influx. At the end of the stage and during the Tithonian, overall subsidence slowed down and inner basin uplifts arose further south. Degree of clastic input was variable. Thus shallow water carbonates were episodically widespread throughout the basin and mixed calcareous-clastic sequences were common. Sheltering and trapping effects resulted in local facies variations. Towards the Cretaceous the basin sanded up from northern, eastern and, particularly, northwestern directions.

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Zusammenfassung Das mesozoische Lusitanische Becken entstand als Teil des nordatlantischen Riftsystems. Während des Oberjuras lebte die tektonische Aktivität erneut auf und führte zu einer intensiven Differenzierung der faziellen Entwicklung. Die Kalke und Siliziklastika des Kimmeridge und Unteren Tithons, deren lithostratigraphische Beziehungen dargestellt werden, repräsentieren Becken-, Hang- und Flachwasserablagerungen sowie terrestrische Sedimente.Synsedimentäre Tektonik bestimmte überwiegend die Ausbildung, Verteilung und Mächtigkeiten der Sedimente. Halokinese, eustatische Meeresspiegelschwankungen, exogene und biogene Faktoren kontrollierten die Faziesverteilung zusätzlich. Ein Vergleich der bathymetrischen Entwicklung aller grö\eren Beckenprofile und Standardisierung auf eine gemeinsame Zeitachse erlauben, die überlagerung der einzelnen Kontrollfaktoren zu entschlüsseln sowie den Wert einiger biostratigraphischer Bezugshorizonte zu testen.Während des Kimmeridge wurde die Paläogeographie vor allem durch starke Subsidenz des Beckenzentrums sowie durch eine gro\e lineare Hebungszone im Norden und durch hohe klastische Zufuhr bestimmt. Am Ende des Kimmeridge und während des Tithons verlangsamte sich die Subsidenz. Anhebung innerer Beckenteile und schwankende Zufuhr von Klastika bewirkten die episodische Ausbreitung von Flachwasserkarbonaten und die verbreitete Entwicklung gemischt kalkig-klastischer Serien. Abschirmungs- und Abfangeffekte erlaubten kleinräumige Faziesvariationen. Zur Kreide hin verlandete das Becken durch klastische Zufüllung aus nördlicher, östlicher und vor allem nordwestlicher Richtung.

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Resumo Durante o Mesozóico, a Bacia Lusitânica desenvolveu-se como parte do sistema »rift« do Atlântico do Norte. A actividade tectónica, tipo »rifting« renasceu durante o Jurásico Superior, causando uma diferenciaÇÃo intensa no desenvolvimento de fácies. Os sedimentos calcários e siliciclásticos do Kimeridgiano e Titoniano inferior representam ambientes do mar mais ou menos profundo (fundo de bacia, declive, lagoa, delta) e ambientes continentais. O quadro litoestratigráfico das unidades de fácies é elaborado.O carácter, a distribuiÇÃo e a espessura dos sedimentos sÃo sobretudo controlados pela actividade tectónica sinsedimentária. Movimentos halokinéticos, fluctuaÇÕes eustáticas do nível do mar, e factores exogénicos e biológicos resultaram num controle adicional do desenvolvimento de fácies.Uma medida simples para destrinÇar os factores diferentes da sedimentaÇÃo e para testar o valor de alguns »markers« bioestratigráficos é comparar o desenvolvimento batimÊtrico dos coites principais da bacia e estandardizá-los num comum eixo temporal.Durante o Kimeridgiano, a paleogeografia foi dominada pela subsidÊncia intensa do centro da bacia, por um grande levantamento estreito no Norte, e por um grau elevado de introduÇÃo de clásticos. No fim do estágio e durante o Titoniano, a subsidÊncia geral diminuiu-se e novos levantamentos surgiram mais no Sul. O grau de introduÇÃo de clásticos foi variável. Por consequÊncia, calcários de agua pouco profunda alargaram-se por vezes sobre grandes partes da bacia e sequÊncias mistas de calcários e clásticos foram comum.No fim do Jurásico o mar desapareceu por causa de enchimento da bacia por clásticos de proveniÊncia norte, este, e partialmente noroeste.

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Stationary solutions in simplified resonance cases of the restricted three-body problem

In the planar elliptic problem Sun-Jupiter-massless body we consider the resonances of mean motion 3/2, 2/1, 3/1, 7/3 and 1/3. Short-period effects are eliminated by Schubart's averaging method. Applying a minimization technique, stationary solutions can be found in the given resonance cases. Some of these solutions are well-known as periodic solutions in the rigorous (i.e., unaveraged) restricted problem. It is illustrated how one can construct in a numerical way a linearized theory of motion around a stationary solution and results are presented.Proceedings of the Sixth Conference on Mathematical Methods in Celestial Mechanics held at Oberwolfach (West Germany) from 14 to 19 August, 1978.     

A note on ship-motion prediction based on wave-excitation inputestimation

In order to predict the motion of a ship effectively, a new algorithm is developed in which the wave-excitation input information is extracted from the estimated ship-motion data, and a prediction is made by extrapolating the governing equation of the ship motion. Simulations performed with the algorithm and the conventional ship-motion prediction algorithm based on the standard Kalman filter are compared