Untersuchung der Struktur und Assemblierung des Lichtsammelkomplexes II höherer Pflanzen mittels elektronenparamagnetischer Resonanz (EPR)

Der Haupt-Lichtsammelkomplex (LHCII) des Photosyntheseapparates höherer Pflanzen gehört zu den häufigsten Membranproteinen der Erde. Seine Kristallstruktur ist bekannt. Das Apoprotein kann rekombinant in Escherichia coli überexprimiert und somit molekularbiologisch vielfältig verändert werden. In Detergenzlösung besitzt das denaturierte Protein die erstaunliche Fähigkeit, sich spontan zu funktionalen Protein-Pigment-Komplexen zu organisieren, welche strukturell nahezu identisch sind mit nativem LHCII. Der Faltungsprozess findet in vitro im Zeitbereich von Sekunden bis Minuten statt und ist abhängig von der Bindung der Cofaktoren Chlorophyll a und b sowie verschiedenen Carotinoiden.rn Diese Eigenschaften machen LHCII besonders geeignet für Strukturuntersuchungen mittels der elektronenparamagnetischen Resonanz (EPR)-Spektrokopie. Diese setzt eine punktspezifische Spinmarkierung des LHCII voraus, die in dieser Arbeit zunächst optimiert wurde. Einschließlich der Beiträge Anderer stand eine breite Auswahl von über 40 spinmarkierten Mutanten des LHCII bereit, einen N-terminalen „Cys walk“ eingeschlossen. Weder der hierfür notwendige Austausch einzelner Aminosäuren noch die Anknüpfung des Spinmarkers beeinträchtigten die Funktion des LHCII. Zudem konnte ein Protokoll zur Präparation heterogen spinmarkierter LHCII-Trimere entwickelt werden, also von Trimeren, die jeweils nur ein Monomer mit einer Spinmarkierung enthalten.rn Spinmarkierte Proben des Detergenz-solubilisierten LHCII wurden unter Verwendung verschiedener EPR-Techniken strukturell analysiert. Als besonders aussagekräftig erwies sich die Messung der Wasserzugänglichkeit einzelner Aminosäurepositionen anhand der Electron Spin Echo Envelope Modulation (ESEEM). In Kombination mit der etablierten Double Electron-Electron Resonance (DEER)-Technik zur Detektion von Abständen zwischen zwei Spinmarkern wurde der membranständige Kernbereich des LHCII in Lösung eingehend untersucht und strukturell der Kristallstruktur für sehr ähnlich befunden. Die Vermessung kristallographisch nicht erfasster Bereiche nahe dem N-Terminus offenbarte die schon früher detektierte Strukturdynamik der Domäne in Abhängigkeit des Oligomerisierungsgrades. Der neue, noch zu vervollständigende Datensatz aus Abstandsverteilungen und ESEEM-Wasserzugänglichkeiten monomerer wie trimerer Proben sollte in naher Zukunft die sehr genaue Modellierung der N-terminalen Domäne des LHCII ermöglichen.rn In einem weiteren Abschnitt der Arbeit wurde die Faltung des LHCII-Apoproteins bei der LHCII-Assemblierung in vitro untersucht. Vorausgegangene fluoreszenzspektroskopi-sche Arbeiten hatten gezeigt, dass die Bindung von Chlorophyll a und b in aufeinanderfolgenden Schritten im Zeitbereich von weniger als einer Minute bzw. mehreren Minuten erfolgten. Sowohl die Wasserzugänglichkeit einzelner Aminosäurepositionen als auch Spin-Spin-Abstände änderten sich in ähnlichen Zeitbereichen. Die Daten deuten darauf hin, dass die Ausbildung der mittleren Transmembran-Helix mit der schnelleren Chlorophyll-a-Bindung einhergeht, während sich die Superhelix aus den beiden anderen Transmembranhelices erst im langsameren Schritt, zusammen mit der Chlorophyll-b-Bindung, ausbildet.rn

Aeolian geomorphodynamics in endorheic basins of the Mongolian Gobi Desert

Die vorliegende Arbeit ist im Zuge des DFG Projektes Spätpleistozäne, holozäne und aktuelle Geomorphodynamik in abflusslosen Becken der Mongolischen Gobi´´ entstanden. Das Arbeitsgebiet befindet sich in der südlichen Mongolei im nördlichen Teil der Wüste Gobi. Neben einigen Teilen der Sahara (Heintzenberg, 2009), beispielsweise das Bodélé Becken des nördlichen Tschads (z.B. Washington et al., 2006a; Todd et al., 2006; Warren et al., 2007) wird Zentralasien als ein Hauptliefergebiet für Partikel in die globale Zirkulation der Atmosphäre gesehen (Goudie, 2009). Hauptaugenmerk liegt hierbei besonders auf den abflusslosen Becken und deren Sedimentablagerungen. Die, der Deflation ausgesetzten Flächen der Seebecken, sind hauptsächliche Quelle für Partikel die sich in Form von Staub respektive Sand ausbreiten. Im Hinblick auf geomorphologische Landschaftsentwicklung wurde der Zusammenhang von Beckensedimenten zu Hangdepositionen numerisch simuliert. Ein von Grunert and Lehmkuhl (2004) publiziertes Model, angelehnt an Ideen von Pye (1995) wird damit in Betracht gezogen. Die vorliegenden Untersuchungen modellieren Verbreitungsmechanismen auf regionaler Ebene ausgehend von einer größeren Anzahl an einzelnen punktuellen Standorten. Diese sind repräsentativ für die einzelnen geomorphologischen Systemglieder mit möglicherweise einer Beteiligung am Budget aeolischer Geomorphodynamik. Die Bodenbedeckung durch das charakteristische Steinpflaster der Gobi - Region, sowie unter anderem Korngrößenverteilungen der Oberflächensedimente wurden untersucht. Des Weiteren diente eine zehnjährige Zeitreihe (Jan 1998 bis Dez 2007) meteorologischer Daten als Grundlage zur Analyse der Bedingungen für äolische Geomorphodynamik. Die Daten stammen von 32 staatlichen mongolischen Wetterstationen aus der Region und Teile davon wurden für die Simulationen verwendet. Zusätzlich wurden atmosphärische Messungen zur Untersuchung der atmosphärischen Stabilität und ihrer tageszeitlichen Variabilität mit Mess-Drachenaufstiegen vorgenommen. Die Feldbefunde und auch die Ergebnisse der Laboruntersuchungen sowie der Datensatz meteorologischer Parameter dienten als Eingangsparameter für die Modellierungen. Emissionsraten der einzelnen Standorte und die Partikelverteilung im 3D Windfeld wurden modelliert um die Konvektivität der Beckensedimente und Hangdepositionen zu simulieren. Im Falle hoher mechanischer Turbulenz der bodennahen Luftschicht (mit einhergehender hoher Wind Reibungsgeschwindigkeit), wurde generell eine neutrale Stabilität festgestellt und die Simulationen von Partikelemission sowie deren Ausbreitung und Deposition unter neutraler Stabilitätsbedingung berechnet. Die Berechnung der Partikelemission wurde auf der Grundlage eines sehr vereinfachten missionsmodells in Anlehnung an bestehende Untersuchungen (Laurent et al., 2006; Darmenova et al., 2009; Shao and Dong, 2006; Alfaro, 2008) durchgeführt. Sowohl 3D Windfeldkalkulationen als auch unterschiedliche Ausbreitungsszenarien äolischer Sedimente wurden mit dem kommerziellen Programm LASAT® (Lagrange-Simulation von Aerosol-Transport) realisiert. Diesem liegt ein Langargischer Algorithmus zugrunde, mittels dessen die Verbreitung einzelner Partikel im Windfeld mit statistischer Wahrscheinlichkeit berechnet wird. Über Sedimentationsparameter kann damit ein Ausbreitungsmodell der Beckensedimente in Hinblick auf die Gebirgsfußflächen und -hänge generiert werden. Ein weiterer Teil der Untersuchungen beschäftigt sich mit der geochemischen Zusammensetzung der Oberflächensedimente. Diese Proxy sollte dazu dienen die simulierten Ausbreitungsrichtungen der Partikel aus unterschiedlichen Quellregionen nach zu verfolgen. Im Falle der Mongolischen Gobi zeigte sich eine weitestgehende Homogenität der Minerale und chemischen Elemente in den Sedimenten. Laser Bebohrungen einzelner Sandkörner zeigten nur sehr leichte Unterschiede in Abhängigkeit der Quellregionen. Die Spektren der Minerale und untersuchten Elemente deuten auf graitische Zusammensetzungen hin. Die, im Untersuchungsgebiet weit verbreiteten Alkali-Granite (Jahn et al., 2009) zeigten sich als hauptverantwortlich für die Sedimentproduktion im Untersuchungsgebiet. Neben diesen Mineral- und Elementbestimmungen wurde die Leichtmineralfraktion auf die Charakteristik des Quarzes hin untersucht. Dazu wurden Quarzgehalt, Kristallisation und das Elektronen-Spin-Resonanz Signal des E’1 - Centers in Sauerstoff Fehlstellungen des SiO2 Gitters bestimmt. Die Untersuchungen sind mit dem Methodenvorschlag von Sun et al. (2007) durchgeführt worden und sind prinzipiell gut geeignet um Herkunftsanalysenrndurchzuführen. Eine signifikante Zuordnung der einzelnen Quellgebiete ist jedoch auch in dieser Proxy nicht zu finden gewesen.

Spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie magnetischer Nanostrukturen am Beispiel von bcc-Co/Fe(110), Fe/Mo(110) und Kupfer-Phthalocyanin/Fe(110)

In dieser Arbeit werden, nach einer Einführung in die spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie als experimentelle Methode zur Untersuchung magnetischer Nanostrukturen, Ergebnisse zur spinpolarisierten elektronischen Struktur in Abhängigkeit von der Kristallstruktur am Beispiel ultradünner Co-Schichten sowie in Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung für ultradünne Fe-Schichten vorgestellt. Hochaufgelöste Messungen zeigen die ortsabhängige Spinpolarisation auf einem einzelnen Kupfer-Phthalocyanin Molekül. rnrnKobalt wurde durch pseudomorphes Wachstum auf den (110)-Oberflächen der kubisch raumzentrierten Metalle Chrom und Eisen deponiert. Im Unterschied zu früheren Berichten in der Literatur lassen sich nur zwei Lagen Co in der kubisch raumzentrierten (bcc) Ordnung stabilisieren. Die bcc-Co Schichten auf der Fe(110)-Oberfläche zeigen keine Anzeichen von epitaktischen Verzerrungen. rnDickere Schichten rekonstruieren in eine dicht gepackte Struktur (hcp/fcc). Durch die bcc Ordnung wird die Spinpolarisation von Kobalt auf P=62% erhöht (hcp-Co: P=45%). rnrnDie temperaturabhängige Spinreorientierung (SRT) ultradünner Filme Fe/Mo(110) wurde mit spinpolarisierter Spektroskopie untersucht. Eine Neuausrichtung der Magnetisierung aus der senkrechten [110]-Achse in die in der Ebene liegenden [001]-Achse wird bei T=(13,2+-0,5)K festgestellt, wobei es sich um einen diskontinuierlichen Reorientierungsübergang handelt, d.h. die freie Energie weist innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs gleichzeitig zwei Minima auf. Weiterhin wird in der Mono- und Doppellage Fe/Mo(110 eine Abhängigkeit der elektronischen Struktur von der Ausrichtung der magnetisch leichten Achse und von der Magnetisierung beobachtet. rnrnDie Untersuchung des spinpolarisierten Ladungstransports durch ein Kupfer-Phthalocyanin-Molekül auf der Fe/Mo(110) Oberfläche liefert einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis des Spintransports an der Grenzfläche zwischen Metall und organischem Molekül. Die HOMO-LUMO-Energielücke des freien Moleküls wird durch die Wechselwirkung mit der Metalloberfläche mit Grenzflächenzuständen gefüllt. Diese Zustände reduzieren die Spinpolarisation des durch das Molekül fließenden Tunnelstroms durch einen zusätzlichen unpolarisierten Strombeitrag um einen Faktor zwei. Spinpolarisierte hybridisierte Grenzflächenzustände mit größerem Abstand zur Fermi-Energie führen in Abhängigkeit von der Position auf dem Molekül zu weiteren Beiträgen zur effektiven Spinpolarisation. Diese Untersuchungen belegen die Möglichkeit einer effektiven Spininjektion in organische Halbleiter und damit das Potential dieser Materialien für die weitere Entwicklung von Spintronik-Bauteilen.

Optisch detektierte Magnetresonanz an NV-Zentren in Diamant

Die rasante Entwicklung der Computerindustrie durch die stetige Verkleinerung der Transistoren führt immer schneller zum Erreichen der Grenze der Si-Technologie, ab der die Tunnelprozesse in den Transistoren ihre weitere Verkleinerung und Erhöhung ihrer Dichte in den Prozessoren nicht mehr zulassen. Die Zukunft der Computertechnologie liegt in der Verarbeitung der Quanteninformation. Für die Entwicklung von Quantencomputern ist die Detektion und gezielte Manipulation einzelner Spins in Festkörpern von größter Bedeutung. Die Standardmethoden der Spindetektion, wie ESR, erlauben jedoch nur die Detektion von Spinensembles. Die Idee, die das Auslesen von einzelnen Spins ermöglich sollte, besteht darin, die Manipulation getrennt von der Detektion auszuführen.rn Bei dem NV−-Zentrum handelt es sich um eine spezielle Gitterfehlstelle im Diamant, die sich als einen atomaren, optisch auslesbaren Magnetfeldsensor benutzen lässt. Durch die Messung seiner Fluoreszenz sollte es möglich sein die Manipulation anderer, optisch nicht detektierbaren, “Dunkelspins“ in unmittelbarer Nähe des NV-Zentrums mittels der Spin-Spin-Kopplung zu detektieren. Das vorgeschlagene Modell des Quantencomputers basiert auf dem in SWCNT eingeschlossenen N@C60.Die Peapods, wie die Einheiten aus den in Kohlenstoffnanoröhre gepackten Fullerenen mit eingefangenem Stickstoff genannt werden, sollen die Grundlage für die Recheneinheiten eines wahren skalierbaren Quantencomputers bilden. Die in ihnen mit dem Stickstoff-Elektronenspin durchgeführten Rechnungen sollen mit den oberflächennahen NV-Zentren (von Diamantplatten), über denen sie positioniert sein sollen, optisch ausgelesen werden.rnrnDie vorliegende Arbeit hatte das primäre Ziel, die Kopplung der oberflächennahen NV-Einzelzentren an die optisch nicht detektierbaren Spins der Radikal-Moleküle auf der Diamantoberfläche mittels der ODMR-Kopplungsexperimente optisch zu detektieren und damit entscheidende Schritte auf dem Wege der Realisierung eines Quantenregisters zu tun.rn Es wurde ein sich im Entwicklungsstadium befindende ODMR-Setup wieder aufgebaut und seine bisherige Funktionsweise wurde an kommerziellen NV-Zentrum-reichen Nanodiamanten verifiziert. Im nächsten Schritt wurde die Effektivität und Weise der Messung an die Detektion und Manipulation der oberflächennah (< 7 nm Tiefe) implantieren NV-Einzelzenten in Diamantplatten angepasst.Ein sehr großer Teil der Arbeit, der hier nur bedingt beschrieben werden kann, bestand aus derrnAnpassung der existierenden Steuersoftware an die Problematik der praktischen Messung. Anschließend wurde die korrekte Funktion aller implementierten Pulssequenzen und anderer Software-Verbesserungen durch die Messung an oberflächennah implantierten NV-Einzelzentren verifiziert. Auch wurde der Messplatz um die zur Messung der Doppelresonanz notwendigen Komponenten wie einen steuerbaren Elektromagneten und RF-Signalquelle erweitert. Unter der Berücksichtigung der thermischen Stabilität von N@C60 wurde für zukünftige Experimente auch ein optischer Kryostat geplant, gebaut, in das Setup integriert und charakterisiert.rn Die Spin-Spin-Kopplungsexperimente wurden mit dem sauerstoffstabilen Galvinoxyl-Radikalals einem Modell-System für Kopplung durchgeführt. Dabei wurde über die Kopplung mit einem NVZentrum das RF-Spektrum des gekoppelten Radikal-Spins beobachtet. Auch konnte von dem gekoppelten Spin eine Rabi-Nutation aufgenommen werden.rn Es wurden auch weitere Aspekte der Peapod Messung und Oberflächenimplantation betrachtet.Es wurde untersucht, ob sich die NV-Detektion durch die SWCNTs, Peapods oder Fullerene stören lässt. Es zeigte sich, dass die Komponenten des geplanten Quantencomputers, bis auf die C60-Cluster, für eine ODMR-Messanordnung nicht detektierbar sind und die NV-Messung nicht stören werden. Es wurde auch betrachtet, welche Arten von kommerziellen Diamantplatten für die Oberflächenimplantation geeignet sind, für die Kopplungsmessungen geeignete Dichte der implantierten NV-Zentren abgeschätzt und eine Implantation mit abgeschätzter Dichte betrachtet.

An accurate combined 3 He,Cs magnetometer with fT sensitivity for the nEDM experiment at PSI

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung, Konstruktion und Untersuchung eines Magnetometers zur exakten und präzisen Messung schwacher Magnetfelder. Diese Art von Magnetometer eignet sich zur Anwendung in physikalischen hochpräzisions Experimenten wie zum Beispiel der Suche nach dem elektrischen Dipolmomentrndes Neutrons. Die Messmethode beruht auf der gleichzeitigen Detektion der freien Spin Präzession Kern-Spin polarisierten 3He Gases durch mehrere optisch gepumpte Cäsium Magnetometer. Es wird gezeigt, dass Cäsium Magnetometer eine zuverlässige und vielseitige Methode zur Messung der 3He Larmor Frequenz und eine komfortable Alternative zur Benutzung von SQUIDs für diesen Zweck darstellen. Ein Prototyp dieses Magnetometers wurde gebaut und seine Funktion in der magnetisch abgeschirmten Messkabine der Physikalisch Technischen Bundesanstalt untersucht. Die Sensitivität des Magnetometers in Abhängigkeitrnvon der Messdauer wurde experimentell untersucht. Es wird gezeigt, dass für kurze Messperioden (< 500s) Cramér-Rao limitierte Messungen möglich sind während die Sensitivität bei längeren Messungen durch die Stabilität des angelegten Magnetfeldes limitiert ist. Messungen eines 1 muT Magnetfeldes mit einer relative Genauigkeit von besser als 5x10^(-8) in 100s werden präsentiert. Es wird gezeigt, dass die Messgenauigkeit des Magnetometers durch die Zahl der zur Detektion der 3He Spin Präzession eingesetzten Cäsium Magnetometer skaliert werden kann. Prinzipiell ist dadurch eine Anpassung der Messgenauigkeit an jegliche experimentellen Bedürfnisse möglich. Es wird eine gradiometrische Messmethode vorgestellt, die es erlaubt den Einfluss periodischerrnmagnetischer Störungen auf dieMessung zu unterdrücken. Der Zusammenhang zwischen der Sensitivität des kombinierten Magnetometers und den Betriebsparametern der Cäsium Magnetometer die zur Spin Detektion verwendet werden wird theoretisch untersucht und anwendungsspezifische Vor- und Nachteile verschiedener Betriebsartenwerden diskutiert. Diese Zusammenhänge werden in einer Formel zusammengefasst die es erlaubt, die erwartete Sensitivität des Magnetometers zu berechnen. Diese Vorhersagen befinden sich in perfekter Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Die intrinsische Sensitivität des Magnetometer Prototyps wird auf Basis dieser Formel theoretisch bestimmt. Ausserdem wird die erwartete Sensitivität für die Anwendung im Rahmen des Experiments der nächsten Generation zur Bestimmung des elektrischenrnDipolmoments des Neutrons am Paul Scherrer Institut abgeschätzt. Des weiteren wird eine bequeme experimentelle Methode zur Messung des Polarisationsgrades und des Rabi Flip-Winkels der 3He Kernspin Polarisation vorgestellt. Letztere Messung ist sehr wichtig für die Anwendung in hochpräzisions Experimenten.

Sediment core fossils in ancient Lake Ohrid: testing for faunal change since the Last Interglacial

Ancient Lake Ohrid is probably of early Pleistocene or Pliocene origin and amongst the few lakes in the world harbouring an outstanding degree of endemic biodiversity. Although there is a long history of evolutionary research in Lake Ohrid, particularly on molluscs, a mollusc fossil record has been missing up to date. For the first time, gastropod and bivalve fossils are reported from the basal, calcareous part of a 2.6 m long sediment succession (core Co1200) from the north-eastern part of Lake Ohrid. Electron spin resonance (ESR) dating of mollusc shells from the same stratigraphic level yielded an age of 130 ± 28 ka. Lithofacies III sediments, i.e. a stratigraphic subdivision comprising the basal succession of core Co1200 between 181.5–263 cm, appeared solid, greyish-white, and consisted almost entirely of silt-sized endogenic calcite (CaCO3>70%) and intact and broken mollusc shells. Here we compare the faunal composition of the thanatocoenosis with recent mollusc associations in Lake Ohrid. A total of 13 mollusc species (9 gastropod and 4 bivalve species) could be identified within Lithofacies III sediments. The value of sediment core fossils for reconstructing palaeoenvironmental settings was evaluated and the agreement between sediment and palaeontological proxies was tested. The study also aims at investigating major faunal changes since the Last Interglacial and searching for signs of extinction events. The combined findings of the ecological study and the sediment characteristics suggest deposition in a shallow water environment during the Last Interglacial. The fossil fauna exclusively included species also found in the present fauna, i.e. no extinction events are evident for this site since the Last Interglacial. The thanatocoenosis showed the highest similarity with recent Intermediate Layer (5–25 m water depth) mollusc assemblages. The demonstrated existence of a mollusc fossil record in Lake Ohrid sediment cores also has great significance for future deep drilling projects. It can be hoped that a more far reaching mollusc fossil record will then be obtained, enabling insight into the early evolutionary history of Lake Ohrid.

Remarks on higher-order hadronic corrections to the muon g-2

Recently, it was shown that insertions of hadronic vacuum polarization at O(α4) generate non-negligible effects in the calculation of the anomalous magnetic moment of the muon. This result raises the question if other hadronic diagrams at this order might become relevant for the next round of g−2 measurements as well. In this note we show that a potentially enhanced such contribution, hadronic light-by-light scattering in combination with electron vacuum polarization, is already sufficiently suppressed.

Th and U isotopes, dose rates and ages of marine shells and sediment of core GIK14350, north Germany

The ESR dating method was applied to marine shells taken from a sediment core from Dagebüll, Schleswig-Holstein. Four samples from two different depths of the core (17.5 m and 25-26 m), separated by a 2.76 meter thick clay layer (Turritella Clay), yielded identical ages within the limits of error. They indicated an assignment to the oxygen isotope stage 5, thus confirming the stratigraphic age. In addition, the ESR-ages confirm the interpretation of Lomitschka et al. (1997, doi:10.2312/meyniana.1997.49.85), that the Th/U-ages of shells below the clay layer are reliable, whereas shells located above the clay layer, which were strongly influenced by percolating groundwaters of an open system, yielded falsified Th/U-ages.

Determination of sulfite and manganese in sediments from the K/T boundary

The solid-state-physics technique of electron spin resonance (ESR) has been employed in an exploratory study of marine limestones and impact-related deposits from Cretaceous-Tertiary (KT) boundary sites including Spain (Sopelana and Caravaca), New Jersey (Bass River), the U.S. Atlantic continental margin (Blake Nose, ODP Leg 171B/1049/A), and several locations in Belize and southern Mexico within -600 km of the Chicxulub crater. The ESR spectra of SO3(1-) (a radiation-induced point defect involving a sulfite ion substitutional for CO3(2-) which has trapped a positive charge) and Mn(2+) in calcite were singled out for analysis because they are unambiguously interpretable and relatively easy to record. ESR signal strengths of calcite-related SO3(1-) and Mn(2+) have been studied as functions of stratigraphic position in whole-rock samples across the KT boundary at Sopelana, Caravaca, and Blake Nose. At all three of these sites, anomalies in SO3(1-) and/or Mn(2+) intensities are noted at the KT boundary relative to the corresponding background levels in the rocks above and below. At Caravaca, the SO3(1-) background itself is found to be lower by a factor of 2.7 in the first 30,000 years of the Tertiary relative to its steady-state value in the last 15,000 years of the Cretaceous, indicating either an abrupt and quasi-permanent change in ocean chemistry (or temperature) or extinction of the marine biota primarily responsible for fixing sulfite in the late Cretaceous limestones. An exponential decrease in the Mn(2+) concentration per unit mass calcite, [Mn(2+)], as the KT boundary at Caravaca is approached from below (1/e characteristic length =1.4 cm) is interpreted as a result of post-impact leaching of the seafloor. Absolute ESR quantitative analyses of proximal impact deposits from Belize and southern Mexico group naturally into three distinct fields in a twodimensional [SO3(1-)]-versus-[Mn(2+)] scatter plot. These fields contain (I) limestone ejecta clasts, (II) accretionary lapilli, and (III) a variety of SO3(1-) -depleted/Mn(2+) enriched impact deposits. Data for the investigated non-impact-related Cretaceous and Tertiary marine limestones (Spain and Blake Nose) fall outside of these three fields. With reference to thes enon-impact deposits, fields I, II, and III can be respectively characterized as Mn(2+) -depleted, SO3(1-) -enhanced, and SO3(1-) -depleted. It is proposed that (1) field I represents calcites from the Yucatin Platform, and that the Mn(2+) -depleted signature can be used as an indicator of primary Chicxulub ejecta in deep marine environments and (2) field II represents calcites that include a component formed in the vapor plume, either from condensation in the presence of CO2/SO3(1-) -rich vapors, or reactions between CaO and CO2/SO3 rich vapors, and that this SO3(1-) -enhanced signature can be used as an indicator of impact vapor plume deposits. Given these two propositions, the ESR data for the Blake Nose deposits are ascribed to the presence of basal coarse calcitic Chicxulub ejecta clasts, while the finer components that are increasingly represented toward the top are interpreted to contain high- SO3(1-) calcite from the vapor plume. The apparently-undisturbed Bass River deposit may contain even higher concentrations of vapor-plume calcite. None of the three components included in field III appear to be represented at distal, deep marine KT-boundary sites; this field may include several types of impact-related deposits of diverse origins and diagenetic histories.

Diagenetic alteration of organic matter in DSDP Leg 57 Holes

I analyzed Leg 57 sediments organogeochemically and spectroscopically. Organic carbon and extractable organic matter prevail from the Pliocene to the Miocene. Humic acids occur widely from the Pleistocene to the lower Miocene and one portion of the Oligocene. The absence of humic acids in Oligocene and Cretaceous samples suggests that humic acids had changed to kerogen. Visible spectroscopic data reveal that humic acids in this study have a low degree of condensed aromatic-ring system, which is a feature of anaerobic conditions during deposition, and that chlorophyll derivatives that had at first combined with humic acids moved to the solvent- soluble fraction during diagenesis. The elemental compositions of humic acids show high H/C and O/C ratios, which seem appropriate to a stage before transformation to kerogen. The relation between the linewidths and g-values on the electron spin resonance data indicates that the free radicals in humic acids are quite different from those in kerogen. The low spin concentrations of kerogen and the yields of humic acids up to the lower Miocene demonstrate that organic matter in these sediments is immature. The foregoing indicate the necessity to isolate humic acids even in ancient rocks in the study of kerogen.

Beryllium, thorium and protactinium isotope ratios in sediments from the Galapagos microplate

Biogenic particle fluxes from highly productive surface waters, boundary scavenging, and hydrothermal activity are the main factors influencing the deposition of radionuclides in the area of the Galapagos microplate, eastern Equatorial Pacific. In order to evaluate the importance of these three processes throughout the last 100 kyr, concentrations of the radionuclides 10Be, 230Th, and 231Pa, and of Mn and Fe were measured at high resolution in sediment samples from two gravity cores KLH 068 and KLH 093. High biological productivity in the surface waters overlying the investigated area has led to 10Be and 231Pa fluxes exceeding production during at least the last 30 kyr and probably the last 100 kyr. However, during periods of high productivity at the up welling centers off Peru and extension of the equatorial high-productivity zone, a relative loss of 10Be and 231Pa may have occurred in these sediment cores because of boundary scavenging. The effects of hydrothermal activity were investigated by comparing the 230Thex concentrations to the Mn/Fe ratios and by comparing the fluxes of 230Th and 10Be which exceed production. The results suggest an enhanced hydrothermal influence during isotope stages 4 and 5 and to a lesser extent during isotope stage 1 in core KLH 093. During isotope stages 2 and 3, the hydrothermal supply of Mn was deposited elsewhere, probably because of changes in current regime or deep water oxygenation. A strong increase of the Mn/Fe ratio at the beginning of climatic stage 1 which is not accompanied by an increase of the 230Thex concentration is interpreted to be an effect of Mn remobilization and reprecipitation in the sediment.

Elemental and isotope compositions of lipids, kerogens and asphaltenes from samples of DSDP Hole 41-368

The thermal effects of three (one major and two minor) Miocene diabase intrusions on Cretaceous black shales from DSDP site 41-368 have been analyzed. A concentration gradient was observed, especially for the hydrocarbons, decreasing towards the major intrusion and between the three sills. The thermally-altered samples in the proximity of and between the sills contained elemental sulfur and an excess of thermally-derived pristane over phytane. whereas, the unaltered sediments contained no elemental sulfur, and more phytane than pristane. A maximum yield of the extractable hydrocarbons was observed at a depth of 7 m below the major sill. Two classes of molecular markers were present in this bitumen suite. The first was sesqui-, di- and triterpenoids and steranes. which could be correlated with both terrigenous and autochthonous sources. They were geologically mature and showed no significant changes due to the thermal stress. The second class was found in the altered samples, which contained only polynuclear aromatic hydrocarbons with low alkyl substitution and sulfur and oxygen heterocyclic aromatic compounds. These compounds were derived from pyrolytic reactions during the thermal event. Kerogen was isolated from all of these samples, but only traces of humic substances were present. The H/C, N/C, d13C, d34S and dD all exhibit the expected effects of thermal stress. The kerogen becomes more aromatized and richer in 13C, 34S and D in the proximity of and between the sills. Maturation trends were also measured by the vitrinite reflectance and electron spin resonance, where the thermal stress could be correlated with an elevated country rock temperature and an increased degree of aromaticity. The effects of in situ thermal stress on the organic-rich shales resulted in the generation and expulsion of petroliferous material from the vicinity of the sills.

Organic geochemistry of sediments of the Gulf of California

The effects of intrusive thermal stress have been studied on a number of Pleistocene sediment samples obtained from Leg 64 of the DSDP-IPOD program in the Gulf of California. Samples were selected from Sites 477, 478 and 481 where the organic matter was subjected to thermal stress from sill intrusions. For comparison purposes, samples from Sites 474 and 479 were selected as representative of unaltered material. The GC and GC-MS data show that lipids of the thermally unaltered samples were derived from microbial and terrestrial higher-plant detritus. Samples from sill proximities were found to contain thermally-derived distillates and those adjacent to sills contained essentially no lipids. Curie point pyrolysis combined with GC and GC-MS was used to show that kerogens from the unaltered samples reflected their predominantly autochthonous microbial origin. Pyrograms of the altered kerogens were much less complex than the unaltered samples, reflecting the thermal effects. The kerogens adjacent to the sills produce little or no pyrolysis products since these intrusions into unconsolidated, wet sediments resulted in in situ pyrolysis of the organic matter. Examination of the kerogens by ESR showed that spin density and line width pass through a maximum during the course of alteration but ESR g-values show no correlation with maturity. Stable carbon isotope (d13C) values of kerogens decrease by 1-1.5 per mil near the sills at Sites 477 and 481 and the atomic N/C decreases slightly with proximity to a smaller sill at Site 478. Differences in maturation behavior between Site 477 and 481 and Site 478 are attributed to dissimilarities in thermal stress and to chemical and isotopic heterogeneity of Guaymas Basin protokerogen.