Manganese nodule formation in the Pacific Ocean: a general theory

An attempt is made to outline a satisfactory general theory for the formation of Pacific deep-sea manganese nodules based on a consideration of the time of initiation of formation of the nodules, a mechanism of maintenance of the nodules at the sediment surface and the role of biological productivity of the surface waters in influencing nodule characteristics. Using this model, the principal physical, chemical and distributional features of the nodules and reasons for their differences on a regional scale in the Pacific can be interpreted.     

The nature and composition of the acid-insoluble residue and hydrolysate fraction of manganese nodules from selected areas in the equatorial and S.W. Pacific

Summary The composition of the acid-insoluble residue and hydrolysate fraction of manganese nodules along an equatorial Pacific transect between 16°30N and 20°S at 134°W (including the Aitutaki Passage) as well as the Peru Basin has been determined. Variations in the average % acid-insoluble residue of the nodules along the transect are observed but are not sufficient to account for the variations in the bulk element compositions of the nodules. Variations in nodule composition between the equatorial Pacific high productivity zone and the S.W. Pacific low productivity zone therefore reflect genuine differences in the composition of the authigenic phase (hydrolysate fraction) of the nodules and not merely dilution by lithogenous material. X-ray diffraction analyses of the acid-insoluble residue of the nodules are not incompatible with a volcanic origin for this material. Barite is found in the acid-insoluble residue of nodules from the equatorial high productivity zone and is a host mineral for barium in these nodules. In the hydrolysate fraction of the nodules, high Mn/Fe rations and high Ni, Cu and Zn contents of the nodules are most pronounced in a fairly narrow band about 500 km wide on the margins on either side of the equatorial high productivity zone. The influence of biogenic processes (i.e. thein situ dissolution of siliceous tests in the sediment column) appears to be the main factor controlling this process. The enrichment sequence of elements in nodules due to this process lies in the approximate sequence Cu>Ni>Zn> Mn. Cu is therefore the most biogenically enriched element in nodules in the equatorial regions. The biogenic supply of Cu is about 5.5 times that of seawater in the zone of maximum productivity. Both the Mn/Fe and Cu/Ni ratios of the nodules vary systematically across the equator. Examinations of pre-existing data show that nodules from beneath the low productivity subtropical anticyclonic gyres of both the central North and South Pacific are characterized by Mn/Fe ratios of the order of unity and low Ni+Cu contents. The compositions of nodules in the North and South Pacific therefore appear to some extent to be mirror images of one another. Manganese crusts appear to be quite distinct from nodules in both their % acid-insoluble residue and composition of the hydrolysate fraction.The principal factors controlling nodule abundance on the sea floor (Quaternary sedimentation rate) and grade (in situ dissolution of siliceous test in sediment column) appear to be quite different. Menard and Frazer's observation of an inverse correlation between nodule grade and abundance is therefore not strictly valid. Because of the higher carbonate contents of sediments in the equatorial S. Pacific, nodule abundances are lower there than in the equatorial N. Pacific where erosive bottom currents have been active since the lower Miocene. Whilst nodules from the equatorial S. Pacific have similar grade to those of the equatorial N. Pacific, they cannot be considered economic because of their lower abundance.

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Säure-unlösliche Rückstände und Hydrolysat-Fraktion von Manganknollen aus dem äquatorialen und südwestlichen Pazifik

Zusammenfassung Die Zusammensetzung von Säure-unlöslichen Rückstands- und Hydrolysat-Fraktionen von Manganknollen längs einer Traverse im äquatorialen Pazifik (zwischen 16°30N und 20°S auf 134°W, inklusive der Aitutaki Passage), wie auch aus dem Peru-Becken wurde bestimmt. Schwankungen im Durchschnittsgehalt des Säure-unlöslichen Rückstandes der Knollen reichen nicht aus, um die Variationen in der Gesamtelementzusammensetzung der Knollen zu erklären. Schwankungen in der Knollenzusammensetzung zwischen der Zone hoher Produktivität im äquatorialen Pazifik und der Zone niederer Produktivität im SW Pazifik entsprechen daher ursprünglichen Unterschieden in der Zusammensetzung der authigenen Phase (Hydrolysat-Fraktion) der Knollen und nicht nur einer Verdünnung durch lithogenes Material. Röntgen-diffraktions-Analysen des Säure-unlöslichen Rückstandes liefert keine Anhaltspunkte gegen vulkanischen Ursprung dieses Materials. Baryt kommt in den Säure-unlöslichen Rückständen von Knollen der äquatorialen Zone hoher Produktivität vor und ist hier Wirts-Mineral für Barium.In der Hydrolysat-Fraktion der Knollen sind hohe Mn/Fe-Verhältnisse und hohe Ni, Cu und Zn-Gehalte längs eines ziemlich engen, ungefähr 500 km breiten Bandes an den Rändern beider Seiten der Zone hoher Produktivität am deutlichsten ausgeprägt. Der Einfluß biogener Vorgänge, z.B. die In-situ-Lösung kieseliger Relikte in Sedimenten, scheint der wichtigste kontrollierende Faktor für diese Vorgänge zu sein. Die Abfolge der Anreicherung von Elementen in Knollen, die auf diesen Vorgang zurückgeht, ist ungefähr CuNiZnMn. Cu ist deshalb das am stärksten biogen angereicherte Element in den Knollen aus den äquatorialen Bereichen. Die biogene Zufuhr von Cu ist ungefähr 5,5 mal so groß wie die aus Meereswasser in der Zone höchster Produktivität.Sowohl die Mn/Fe- wie die Cu/Ni-Verhältnisse der Knollen ändern sich systematisch, wenn man den Äquator überquert. Die Überprüfung älterer Daten zeigt, daß Knollen aus dem Bereich unterhalb der durch niedrige Produktivität gekennzeichneten, subtropischen antizyklonischen Spiralen sowohl im Nord- wie im Süd-Pazifik durch Mn/Fe-Verhältnisse um 1 und durch niedrige Ni+Cu-Gehalte gekennzeichnet sind. Die Zusammensetzungen von Knollen im Nord- und Süd-Pazifik scheint deshalb symmetrisch zueinander angeordnet zu sein. Mangankrusten unterscheiden sich eindeutig von Knollen, sowohl was den Prozentgehalt an Säure-unlöslichem Rückstand wie auch die Zusammensetzung der Hydrolysat-Fraktion betrifft. Die Hauptfaktoren, die die Verbreitung von Knollen auf dem Meeresboden (quartäre Sedimentionsrate) und deren Gehalte bestimmen (In-situ-Lösung silikatischer Rückstände in den Sedimenten) sind offensichtlich verschieden. Die Beobachtung vonMenard undFrazer, daß eine inverse Korrelation zwischen Gehalten und Verbreitung von Knollen besteht, trifft deshalb nicht ausschließlich zu. Wegen der höheren Karbonat-Gehalte von Sedimenten im äquatorialen Süd-Pazifik ist die Verbreitung von Knollen geringer als im äquatorialen Nord-Pazifik, wo erodierende Strömungen auf dem Meeresboden seit dem Untermiozän wenig aktiv waren. Obwohl Knollen aus dem äquatorialen Süd-Pazifik ähnliche Metallgehalte haben als die des äquatorialen Nord-Pazifik, können sie wegen ihrer geringen Verbreitung doch nicht als wirtschaftlich interessant betrachtet werden.

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With 3 Figures     

Archaeomagnetic dating of seven archaeological fireplaces in the Netherlands

The palaeomagnetic directions of seven Dutch fireplaces are compared with the archaeological age estimates which range from the first to the 17^th century AD. A comparison with the British master curve of secular variation for archaeomagnetic dating results in a refinement of the archaeological age estimates in two cases, while four other archaeological age estimates can be confirmed. For one fireplace only one sample is reliable, resulting in a very poorly defined archaeomagnetic age of 2 to 3 centuries younger than the expected age (i.e. late Middle Ages). On the other hand, accepting the archaeological age estimates, the palaeomagnetic directions can contribute to the database that is used to construct the British secular-variation master curve. We applied the classification grades proposed by Tarling & Dobson (1995) which range from unreliable (grade 1) to reliable (grade 5). Three fireplaces have grades 5, one has grade 4, one grade 3, one grade 1 and for one case no grade was assigned.