Composition and origin of lithic fragments and glasses in apollo 11 samples

Approximately 100 glasses and 52 lithic fragments from Apollo 11 lunar fines and microbreccias were analyzed with the electron microprobe. Ranges in bulk composition of lithic fragments are considerably outside the precision (<±1%) and accuracy (±2–5%) of the broad electron beam technique. Results of this study may be summarized as follows: i) A large variety of rock types different from the hand specimens (basalt) were found among the lithic fragments, namely anorthosites, troctolitic and noritic anorthosites, troctolites, and norites (different from Apollo 12 norites). ii) In analogy to the hand specimens, the basaltic lithic fragments may be subdivided into low-K and high-K groups, both of which extend considerably in composition beyond the hand specimens. iii) Glasses were divided into 6 groups: Group 1 are the compositional analogs of the anorthositic-troctolitic lithic fragments and were apparently formed in single-stage impact events directly from parent anorthosites and troctolites. iv) Group 2 glasses are identical in composition to Apollo 12 KREEP glass and noritic lithic fragments, but have no counterparts in our Apollo 11 lithic fragment suite. Occurrence of KREEP in Apollo 11,12, and 14 samples is indicative of its relatively high abundance and suggests that the lunar crust is less depleted in elements that are common in KREEP (e.g. K, rare earths, P) than was originally thought on the basis of Apollo 11 basalt studies. v) Group 3 glasses are the compositional analogs of the basaltic lithic fragments, but low-K and high-K glasses cannot be distinguished because of loss of K (and Na, P) by volatilization in the vitrification process. vi) Group 4 glasses have no compositional analogs among the lithic fragments and were probably derived from as yet unknown Fe-rich, moderately Ti-rich, Mg-poor basalts. vii) Group 5 (low Ti-high Mg peridotite equivalent) and 6 (ilmenite peridotite equivalent) glasses have no counterparts among the Apollo 11 lithic fragments, but rock equivalents to group 5 glasses were found in Apollo 12 samples. Group 6 glasses are abundant, have narrow compositional ranges, and are thought to be the products of impact melting of an as yet unrecognized ultramafic rock type. iix) The great variety of igneous rocks (e.g. anorthosites, troctolites, norites, basalts, peridotites) suggests that large scale melting or partial melting to considerable depth must have occurred on the moon.     

Das Kuriosum eines scheinbaren “Tidewindes” im Revier Außenelbe

Zusammenfassung Bei einer Auswertung der Windmessungen deutscher Feuerschiffe für die Sturmflut-Periode Mitte Februar 1962 fiel es auf, daß die Differenzen der Windgeschwindigkeit zwischen den Feuerschiffen Elbe 1 und Elbe 2 offenbar einem bestimmten Rhythmus unterlagen. Da der Abstand der meisten Maxima der Winddifferenz (Elbe 1 minus Elbe 2) etwa 12 Std. betrug, tauchte die Vermutung auf, daß dieser Rhythmus gezeitenbedingt war. Die Mittelbildung über 13 nach den Gezeiten geordnete Fälle ergab denn auch den Tidewind in ausgeprägter Form, wobei das relative Windmaximum von Elbe 1 bei Mitte Ebbstromzeit lag^** und der mittlere Schwankungsbetrag (Maximum — Minimum) 3.6 kn betrug. Eine auf die Gezeiten bezogenen Auswertung von Fällen quasikonstanter Windrichtung ergab noch größere Schwankungsbeträge und vor allem eine gegenläufige Schwingung des Tidewindes bei westlichen und östlichen Winden. Da dies Verhalten des Windes — nach Vorzeichen und Betrag — recht genau den differentiellen Schwankungen des Gezeitenstromes bei Elbe 1 und Elbe 2 entsprach, so hätte man an einen Mitführungseffekt des strömenden Wassers auf die Luft denken können, wäre nicht die ungeschwächte Übertragung von Bewegungsgröße bis in Anemometerhöhe von 18 m allzu unwahrscheinlich gewesen. Tatsächlich erlischt, wie E. R. Reiter [1955] zeigen konnte, der Mitführungseffekt bei einem Flusse ähnlicher Geschwindigkeit wie die Außenelbe in etwa 3 m Höhe über Wasser.Des Rätsels Lösung liegt in der kombinierten Wirkung des Gezeitenstroms und des Windes auf die Lage (Kielrichtung) der vor Anker schwojenden Feuerschiffe. Damit verändert sich im Verlauf einer Tide — bei konstanter Windrichtung — die Anblasrichtung der Schiffe, und diese Änderungen des Anströmungswinkels ergeben systematische Änderungen der gemessenen. Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Strömmungsstörung am Schiffshindernis. Die mit dem Gezeitenstrom schwojenden Feuerschiffe erscheinen so als ein geeignetes Versuchsobjekt zur besseren Feststellung des quantitativen störenden Schiffseinflusses auf den Wind.

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The strange phenomenon of an apparent tidal wind in the Estuary of the Outer Elbe (Außenelbe)

Summary When the wind measured by the German lightvessels for the storm surge period mid February 1962 was studied, it became obvious that the differences of wind velocities observed on the lightvessels Elbe 1 and Elbe 2 showed a certain rhythm. As most maxima of these wind differences (Elbe 1 minus Elbe 2) followed one another within about 12 hours, it was supposed that this rhythm was connected with the tide. The average of a series of 13 tides showed very remarkably the tidal wind, the maxima of the wind differences being at the centre of the ebbstream interval at Elbe 1 and the mean range of maximum-minimum being 3.6 kn. Cases of wind with quasi-constant directions showed even greater values of deviation when referred to the tide and, above all, deviations in opposite directions at easterly and westerly winds. As this phenomenon, in sign and quantity, very nearly corresponded to the differences of the tidal currents at Elbe 1 and Elbe 2, one could have thought of an effect by which air is carried along by the streaming water, if not, up to the height of the anemometer of 18 m, the unweakened transfer of momentum would have been too unlikely. In fact, as E. R. Reiter [1955] demonstrated, the effect of air being carried along by the streaming water fades out at about 3 m above the water level of a river at similar velocities as the Outer Elbe.The explanation of this phenomenon is the combined effect of the tidal current and the wind on the course of the lightvessels swinging round their anchors. At a constant direction of the wind, during one tide, the angle between wind and course varies and this variation of the angle leads to a systematic variation of the measured wind speed according to the disturbance caused by the ship as an obstacle. Therefore, lightvessels swinging round with the tidal current seem to be a suitable test to study how much the ship herself disturbs the wind.

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Aspect curieux d'un «vent de marée» apparent dans la zone de l'Elbe extérieure

Résumé A l'occasion d'une étude des vitesses du vent mesurées aux bateaux-feu au cours des ondes de tempête de mi-février 1962, on fit la remarque que les différences de vitesse du vent entre les bateaux-feu «Elbe 1» et «Elbe 2» paraissaient obéir à un certain rythme. Comme l'écart de la plupart des maxima de différence («Elbe 1» moins «Elbe 2») était d'environ 12 heures, il vint d'abord à l'esprit, que ce rythme était subordonné à la marée. La moyenne obtenue dans 13 cas pris dans l'ordre suivant la marée, faisait d'ailleurs apparaître nettement le «vent de marée» pour lequel le maximum relatif de «Elbe 1» correspondait au «milieu de la période de jusant» et la variation moyenne (maximum-minimum) se chiffrait à 3.6 noeuds. Une étude, rapportée à la marée, de cas de direction de vent quasi-constante, fit apparaître des variations encore plus grandes et surtout une oscillation en sens contraire du «vent de marée» par vents d'Ouest-d'Est. Comme ce comportement du vent-selon prévision et grandeur correspondait très exactement aux variations différentielles du courant de marée à «Elbe 1» et «Elbe 2», on aurait pu penser à un effet d'entraînement exercé sur l'air par le courant d'eau, si cet entraînement n'avait gardé la même force jusqu'à la hauteur de 18 m de l'anémomètre, ce qui était invraisemblable. En fait, comme l'a montré E. R. Reiter [1955] l'effet d'entraînement pour un fleuve d'une vitesse analogue à l'Elbe extérieure, cesse de se faire sentir à environ 3 m au-dessus de l'eau.Cette énigme trouve son explication dans l'action combinée du courant de marée et du vent sur la situation (direction de la quille) des bateaux-feu évitant sur leur ancre. C'est ainsi qu'au cours d'une marée-le vent gardant la même direction-le navire reçoit le vent sous des angles variables. Il en résulte des modifications systématiques de la vitesse de vent mesurée qui dépend de l'obstacle que le navire présente au courant d'air. Ainsi les bateaux-feu s'évitant au courant de marée semblent fournir un élément d'expérience approprié pour une meilleure détermination quantitative de l'influence perturbatrice du navire sur le vent.

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Herrn Prof. Dr. H. U. Roll zum 60. Geburtstag gewidmet.     

Zur Geochemie der Diorit-Gruppe

Zusammenfassung Die Granodiorite und QuarzGlimmer-Diorite aus dem Intrusivgebiet von Fürstenstein (Bayerischer Wald), der Diorit des südlichen Vorspessarts mit eingeschalteten Amphibolitschollen und kalifeldspatreichen Schlieren, sowie die Diorite und Hornblendegabbros des mittleren Bergsträßer Odenwaldes wurden geochemisch verglichen. Zur Bestimmung der Haupt-, Neben- und Spurenelemente in 65 Gesteinsproben wurden röntgenspektrometrische, titrimetrische, flammenphotometrische und emissionsspektralanalytische Methoden herangezogen. Zusätzlich fanden 33 chemische Analysen aus der Literatur Verwendung.Die untersuchten Gesteinstypen reichen vom granodioritischen (Bayerischer Wald) über den dioritischen (Spessart) bis zum hornblenditischen (Odenwald) Chemismus, wobei jedes der drei Untersuchungsgebiete eine mehr oder weniger deutliche Gruppierung zeigt. Innerhalb der einzelnen Dioritkomplexe ist nur ein Teil der petrographisch erfaßbaren Gesteinstypen auch durch einen spezifischen Gesteinschemismus gekennzeichnet.Während die Granodiorite des Bayerischen Waldes bis auf die relativ hohen Zr-Gehalte auch im Hinblick auf die Spurenelementführung normale Verhältnisse zeigen, sind die niedrigen Cu-, Ni- und Zn-Gehalte, sowie das hohe K/Rb-Verhältnis in den Odenwald-Dioriten und Hornblendegabbros auffällig. Trotz der großen Streubreite im Hauptchemismus dieser Proben schwanken die SrGehalte nur relativ wenig.Bemerkenswert bei den Spessart-Dioriten ist, daß diese in den Spurenelementgehalten z. T. erheblich unter den von Vinogradov (1962) angegebenen Clarke-Werten bleiben. Die im Diorit eingeschlossenen Amphibolitschollen zeigen deutlich höhere Cu-, Ni- und Zn-Gehalte, sowie niedrigere Sr-und Ba-Gehalte. Die K/Rb-Verhältnisse unterscheiden sich dagegen praktisch kaum. Der Vergleich der Odenwald-Diorite und Hornblendegabbros mit den Amphiboliten zeigt, daß letztere durch niedrigere CaO-Gehalte, etwas größere Zr-Gehalte und ähnlich niedrige Ni-Gehalte gekennzeichnet sind.Im Lichte der geochemischen Ergebnisse wird die Genese der dioritischen Gesteine diskutiert.

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On the geochemistry of the diorite groupComparative investigations of dioritic rocks from Bayerischer Wald, Spessart and Odenwald (South-Germany)

The granodiorites and quartz diorites of the Fürstenstein igneous complex (Bayerischer Wald), the diorites of the Spessart crystalline area (including schollen of amphibolite, and schlieren rich in K-feldspar) as well as the diorites and hornblende gabbros of the central Odenwald igneous complex have been compared. 65 rock specimens have been analyzed for the major and minor elements Si, Ti, Al, Fe³⁺, Fe²⁺, Mn, Mg, Ca, Na, K, P, as well as for the trace elements Zn, Cu, Ni, Rb, Sr, Zr, Ba, and (semiquantitative) V, and Cr using X-ray spectrometric, flame photometric, titrimetric, and UV-spectrometric methods. 33 additional analyses (major and minor elements only) have been taken from literature.The rock types investigated vary from granodiorite to hornblendite in chemical composition. The averages of the three diorite areas plot near quartz diorite, diorite, and gabbro composition, respectively. This grouping is followed very clearly by the trace element content of Zr, Rb and Ba rather than the other ones. The bearing of the geochemical results on the genesis of dioritic rocks is briefly discussed.

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Herrn Prof. Dr. S. Matthes danken wir für sein stetes Interesse am Fortgang der Arbeit sowie für die kritische Durchsicht des Manuskripts. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die vorliegende Untersuchung in dankenswerter Weise durch die Gewährung von Sachbeihilfen und apparativen Einrichtungen.     

Die Gneishornfelse um Steinach in der Oberpfalz

Zusammenfassung Bereits vor der Intrusion des Leuchtenberger Granits waren seine Rahmen-gesteine unter den Bedingungen der Amphibolit-Fazies regionalmetamorph eingeformt worden, wobei sich folgende Paragenesen bildeten: Muscovit + Biotit + Granat ± Sillimanit ± Staurolith (+ Quarz + Plagioklas) Muscovit + Biotit ± Kalifeldspat (+ Quarz + Plagioklas).Die Kontaktmetamorphose führt in den äußeren Bereichen der Aureole zur Paragenese Muscovit + Andalusit + Cordierit + Biotit (+ Quarz + Plagioklas), die der Hornblende-Hornfels-Fazies entspricht.In der inneren Kontaktzone werden die p-t-Bedingungen einer höhergradierten Hornfelsfazies erreicht, die sich in der Paragenese ± Kalifeldspat + Sillimanit + Cordierit ± Almandin + Biotit (+ Quarz + Plagioklas) dokumentiert.Die zonale Anordnung der Mineral-Paragenesen im Kontakthof läßt sich durch quantitative Verbreitungskarten anschaulich machen (150 Modalanalysen aus 59 Fundpunkten). Phasenbeziehungen und Mineralreaktionen werden anhand von AKF- und AFM-Diagrammen diskutiert, für deren Aufstellung 19 Mineralanalysen neu ausgeführt wurden.Durch den Vergleich mit derzeit verfügbaren experimentellen Unterlagen lassen sich die p-t-Bedingungen im Steinacher Kontakthof abschätzen. Danach ist ein Druckbereich von 1,5–3 kbar am wahrscheinlichsten. Mit der Bildung der höchst-gradierten Hornfelse waren 550° C sicher überschritten, während nach dem Jaeger-Modell 700° C als alleroberste Temperaturgrenze anzusehen ist. In der innersten Kontaktzone muß man mit geringen O₂-Partialdrucken rechnen.

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The gneiss-hornfelses of Steinach, Oberpfalz (Bavaria)

The southern margin of the Leuchtenberg granite massive is surrounded by a thermal aureole in which banded gneisses and mica schists have been transformed into hornfelses containing andalusite, sillimanite, cordierite, and almandine.Before the intrusion of the granite, the country rocks had undergone regional metamorphism to give mineral assemblages typical of the amphibolite facies: Muscovite + biotite ± K-feldspar + quartz + plagioclase in the banded gneisses and muscovite + biotite + garnet ± sillimanite ± staurolite + quartz + plagioclase in the mica schists.In the outer zone of the aureole, contact metamorphism produced the assemblage: Muscovite + andalusite + cordierite + biotite + quartz + plagioclase, corresponding to the hornblende-hornfels facies.In the inner zone of the aureole, increasing temperatures yielded the high grade assemblages: K-feldspar + sillimanite + cordierite ± almandine + biotite + quartz + plagioclase sillimanite + cordierite ± almandine + biotite + quartz + plagioclase.The zonal arrangement of the mineral assemblages within the Steinach aureole is shown in quantitative distribution maps of andalusite, contact-metamorphic sillimanite, cordierite, and contact-metamorphic garnet respectively, based on 150 modal analyses (from 59 points, Fig. 1). Andalusite (Fig. 10) reaches its maximum at about 200–400 m from the granite border and, toward it, is more and more substituted by sillimanite (Fig. 11). On the other hand, contact metamorphic sillimanite goes to the outer zone of the aureole almost as far as andalusite. This means that the sillimanite isograd passed across the andalusite zone during the contact metamorphism. Cordierite (Fig. 12) shows a constant increase from the margin to the innermost zone of the aureole, as does contact metamorphic garnet (Fig. 13). Phase relations and mineral reactions are discussed in terms of AKP- and APM-diagrams (Figs. 14, 15, 17, 18) based on 19 new mineral analyses (Tables 5–9).With respect to the experimental data so far available, possible P-T-conditions within the Steinach aureole have been discussed. The transition from the low to the high grade assemblages took place very near to the cross-over point of the andalusite/sillimanite equilibrium curve and the breakdown curve of muscovite + quartz in the P-T-diagram (Figs. 16, 19).This gives a minimum H₂O-pressure of 1 kbar. In the innermost contact zone, temperatures must have exceeded 550° C, which is in good agreement with recent oxygen-isotope data as well as with Jaeger's model. As is shown by the ore mineral assemblages, studied in polished sections (Table 10), the oxygen activity in the high grade hornfelses was low.

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Prof. S. Matthes (Würzburg) möchte ich für das lebhafte, fördernde Interesse an dieser Arbeit sowie für die Überlassung von Proben und von Geräten der DFG meinen herz-lichen Dank aussprechen. Wesentlichen Anteil am Gelingen dieser Untersuchung hat auch Prof. B. W. Evans, dem ich für die freundschaftliche Aufnahme in Berkeley, für die ständige Bereitschaft zur Diskussion und für wertvolle Anregungen zu großem Dank verpflichtet bin. Weiter danke ich Prof. W. Schreyer (Bochum) und Prof. F. J. Turner (Berkeley) für die kritische Durchsicht des Manuskripts sowie Mr. L. K. Burns (Berkeley), Dr. A. Peters und Dr. P. Richter (Würzburg) für wichtige Hinweise bei der Analytik. Die Untersuchungen an der Mikrosonde in Berkeley wurden durch ein Stipendium der Deutschen Forschungs-gemeinschaft ermöglicht; das Gerät stand durch die Unterstützung der National Science Foundation (grant GA 500) zur Verfügung. Beiden Organisationen sei für ihre Hilfe gedankt.

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Textlich gekürzte, aber um neue Untersuchungsergebnisse erweiterte Fassung einer Habilitationsschrift, angenommen im Januar 1968 von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Würzburg.     

Major-element vapor fractionation on the lunar surface: An unusual lithic fragment from the Luna 20 fines

A 250-μm fragment in the Luna 20 fines has a very fine-grained “igneous” texture and has the composition (wt.%): SiO₂, 41.1; TiO₂, 0.35; Al₂O₃, 27.2; Cr₂O₃, 0.14; FeO, 4.2; MnO, 0.06; MgO, 8.5; CaO, 17.8; Na₂O, 0.05; and K₂O < 0.02. It contains ～ 65% plagioclase An_99–100, ～ 15% olivine Fo₉₀, ～ 2% Mg-Al spinel and the remainder an unusual interstitial phase with composition SiO₂, 34.8; TiO₂, 1.78; Al₂O₃, 18.3; Cr₂O₃, 0.04; FeO, 14.1; MnO, 0.22; MgO, 5.0; CaO, 24.1; Na₂O, 0.34; K₂O < 0.02. This fragment probably represents a portion of a normal highland rock (anorthositic norite) which was heated to a very high temperature by impact, lost volatiles including SiO₂, and then partially crystallized. The observed phases and their inferred crystallization sequence are consistent with experimental results in the system CaOMgOAl₂O₃SiO₂ (Schairer and Yoder, 1969), assuming the unusual phase to be a residual glass. This type of internal fractionation, leading to silica depletion in the residuum, is different from that normally observed in lunar rocks and is attributed to slightly lower bulk SiO₂ resulting from vapor fractionation due to impact (which also results in lower Na₂O and other volatiles). Because differentiation of the type shown by this fragment is rare in lunar materials, we infer that such major-element vapor fractionation is uncommon on the surface of the moon. The experimental CaOMgOAl₂O₃SiO₂ phase relations also have a bearing on the lunar model proposed by D.L. Anderson in 1973: his “refractory” original lunar composition would differentiate to produce silica deficient liquids, like the unusual phase in our fragment, rather than the normal lunar crustal rocks.     

The elemental composition of plankton

Phytoplankton samples, collected in Monterey Bay, California, were analyzed for their Pb, Hg, Cd, Co, Ag, Cr, Ti, V, Mn, Ni, Cu, Fe, Zn, AI, Mo, Ba, Sr, K, Ca, Mg, Na and SiO₂ content. The results of these analyses were categorized on a chemical basis and the sample data were placed in three groups: Group I, Ti not detected; Group II, Ti detected; and Group III, Sr concentrators present. Levels of most elements were higher in Groups II and III for a variety of reasons that are discussed in the text. The siliceous frustules, remaining after organic-matter digestion, were also analyzed for the elements listed above. Significant amounts of Al, Ti, Fe, Mn, Cu and Zn were found.Zooplankton and microplankton samples, collected in Monterey Bay, California; off the coast of Oregon; and on a transect between Hawaii and Monterey, were also analyzed for the elements listed above (except Si). In general, element levels in the inshore and offshore zoo-plankton were similar; however, the microplankton samples, in which strontium was highly concentrated, were almost always higher in Pb, Hg, Cu, Fe and Zn.     

Oxide minerals in lithic fragments from Luna 20 fines

One hundred and seventy-six oxide mineral grains in the Luna 20 samples were analyzed by electron microprobe. Spinel is the most abundant oxide, occurring in troctolite fragments. Next most abundant is ilmenite, which occurs in all rock types except those containing spinel. Chromite also occurs in all rock types except those containing spinel. Minor amounts of ulvöspinel, armalcolite, zirkelite, baddeleyite and an unidentified TiO₂-rich phase were also found.Spinel grains are predominantly spinel-hercynite solid solutions, commonly with very minor chromite. The $\text{Fe}\text{(Fe + Mg)}$ ratio is generally lower than in spinel from Apollo 14 rocks. Chromites in non-mare rocks are similar to those from mare rocks. Ilmenite of mare origin is Mg-poor and Zr-rich compared to non-mare ilmenite; these elements may therefore be useful in determining the origin of ilmenite grains.Phase equilibria considerations suggest that spinel troctolite crystallized from a melt high in alumina; a likely candidate is the high-alumina basalt of Prinzet al. (1973a).Sub-micron wide rods of metallic Fe occur in plagioclase grains and may have formed by sub-solidus reduction processes.     

On the disturbance due to a spherical distortional pulse in an elastic medium

Summary Theoretical expressions are derived for the displacement, velocity and stress in the time domain induced by an axially symmetric shearing stress applied at the inner surface of a spherical cavity in a hornogeneous, isotropic, elastic medium of infinite extent. Theoretical seismograms are computed for a step source and for three sources with exponential decay in time. A satisfactory time-dependence of the source can be obtained by combining the step source with one or more exponentially decaying sources.     

Big Earth data: disruptive changes in Earth observation data management and analysis?

ABSTRACT

Turning Earth observation (EO) data consistently and systematically into valuable global information layers is an ongoing challenge for the EO community. Recently, the term ‘big Earth data’ emerged to describe massive EO datasets that confronts analysts and their traditional workflows with a range of challenges. We argue that the altered circumstances must be actively intercepted by an evolution of EO to revolutionise their application in various domains. The disruptive element is that analysts and end-users increasingly rely on Web-based workflows. In this contribution we study selected systems and portals, put them in the context of challenges and opportunities and highlight selected shortcomings and possible future developments that we consider relevant for the imminent uptake of big Earth data.