(Table 1) Sample locations and clay mineral data of sediment surface samples from the Barents Sea region

A new surface sediment sample set gained in the western Barents Sea by the MAREANO program has been analysed for basic clay mineral assemblages. Distribution maps including additional samples from earlier German research cruises to and off Svalbard are compiled. Some trends in the clay mineral assemblages are related to the sub-Barents Sea geology because the Quaternary sediment cover is rather thin. Additionally, land masses like Svalbard and northern Scandinavia dominate the clay mineral signal with their erosional products. Dense bottom water, very often of brine origin, that flows within deep troughs, such as the Storfjorden or Bear Island Trough, transport the clay mineral signal from their origin to the Norwegian-Greenland Sea.

Determination of trace elements in bovine semen samples by inductively coupled plasma mass spectrometry and data mining techniques for identification of bovine class

The reproductive performance of cattle may be influenced by several factors, but mineral imbalances are crucial in terms of direct effects on reproduction. Several studies have shown that elements such as calcium, copper, iron, magnesium, selenium, and zinc are essential for reproduction and can prevent oxidative stress. However, toxic elements such as lead, nickel, and arsenic can have adverse effects on reproduction. In this paper, we applied a simple and fast method of multi-element analysis to bovine semen samples from Zebu and European classes used in reproduction programs and artificial insemination. Samples were analyzed by inductively coupled plasma spectrometry (ICP-MS) using aqueous medium calibration and the samples were diluted in a proportion of 1:50 in a solution containing 0.01% (vol/vol) Triton X-100 and 0.5% (vol/vol) nitric acid. Rhodium, iridium, and yttrium were used as the internal standards for ICP-MS analysis. To develop a reliable method of tracing the class of bovine semen, we used data mining techniques that make it possible to classify unknown samples after checking the differentiation of known-class samples. Based on the determination of 15 elements in 41 samples of bovine semen, 3 machine-learning tools for classification were applied to determine cattle class. Our results demonstrate the potential of support vector machine (SVM), multilayer perceptron (MLP), and random forest (RF) chemometric tools to identify cattle class. Moreover, the selection tools made it possible to reduce the number of chemical elements needed from 15 to just 8.

Clay mineral distribution in sediment core AND-2A

Clay mineral assemblages in sediments from ANDRILL drill core AND-2A were used to reconstruct the Neogene palaeoenvironment. For the first time a clay mineral data set can be presented for southern McMurdo Sound, Ross Sea, Antarctica, that covers an expanded and fairly continuous Lower and Middle Miocene section. Although the occurrence of some authigenic smectites, zeolites and opal-CT documents diagenetic processes, the clay mineral assemblages allow a subdivision of the core into three intervals that reflect changes in provenance and volcanic activity. Interval I (1000-440 mbsf, 20.0-16.5 Ma) is characterised by a dominant sediment source in the Transantarctic Mountains. Frequent and short-term changes in the illite and smectite concentrations were caused by the influx of volcanic sediment components from southern McMurdo Sound and by diagenesis. Interval II (440-225 mbsf, 16.5-15.0 Ma) has much more uniform illite and smectite contents. The assemblage is derived from the Transantarctic Mountains. Interval III (225-0 mbsf, 15.0-0 Ma, containing major hiatuses) shows a distinctly enhanced volcanic influence and sediment components that come from the south of McMurdo Sound. The AND-2A clay mineral assemblages indicate persistent physical weathering conditions and do not mirror the Mid-Miocene Climatic Optimum. They indicate that the climatic changes were probably not strong enough to cause a modification in the weathering regime on the Antarctic continent.

Grain size distributions of Magneli phases and metallic titanium in chondritic porous interplanetary dust particles

A mineralogical survey of chondritic interplanetary dust particles (IDPs)showed that these micrometeorites differ significantly in form and texture from components of carbonaceous chondrites and contain some mineral assemblages which do not occur in any meteorite class1. Models of chondritic IDP mineral evolution generally ignore the typical (ultra-) fine grain size of consituent minerals which range between 0.002-0.1µm in size2. The chondritic porous (CP) subset of chondritic IDPs is probably debris from short period comets although evidence for a cometary origin is still circumstantial3. If CP IDPs represent dust from regions of the Solar System in which comet accretion occurred, it can be argued that pervasive mineralogical evolution of IDP dust has been arrested due to cryogenic storage in comet nuclei. Thus, preservation in CP IDPs of "unusual meteorite minerals", such as oxides of tin, bismuth and titanium4, should not be dismissed casually. These minerals may contain specific information about processes that occurred in regions of the solar nebula, and early Solar System, which spawned the IDP parent bodies such as comets and C, P and D asteroids6. It is not fully appreciated that the apparent disparity between the mineralogy of CP IDPs and carbonaceous chondrite matrix may also be caused by the choice of electron-beam techniques with different analytical resolution. For example, Mg-Si-Fe distributions of Cl matrix obtained by "defocussed beam" microprobe analyses are displaced towards lower Fe-values when using analytical electron microscope (AEM)data which resolve individual mineral grains of various layer silicates and magnetite in the same matrix6,7. In general, "unusual meteorite minerals" in chondritic IDPs, such as metallic titanium, Tin01-n(Magneli phases) and anatase8 add to the mineral data base of fine-grained Solar System materials and provide constraints on processes that occurred in the early Solar System.

Kaolinite particle sizes in the <2 µM range using laser scattering

The Clay Minerals Society Source Clay kaolinites, Georgia KGa-1 and KGa-2, have been subjected to particle size determinations by 1) conventional sedimentation methods, 2) electron microscopy and image analysis, and 3) laser scattering using improved algorithms for the interaction of light with small particles. Particle shape, size distribution, and crystallinity vary considerably for each kaolinite. Replicate analyses of separated size fractions showed that in the <2 µm range, the sedimentation/centrifugation method of Tanner and Jackson (1947) is reproducible for different kaolinite types and that the calculated size ranges are in reasonable agreement with the size bins estimated from laser scattering. Particle sizes determined by laser scattering must be calculated using Mie theory when the dominant particle size is less than ∼5 µm. Based on this study of two well-known and structurally different kaolinites, laser scattering, with improved data reduction algorithms that include Mie theory, should be considered an internally consistent and rapid technique for clay particle sizing.

Constraints on mantle melting from major and trace element systematics in residual abyssal peridotites

ZusammenfassungDie Bildung von mittelozeanischen Rückenbasalten (MORB) ist einer der wichtigsten Stoffflüsse der Erde. Jährlich wird entlang der 75.000 km langen mittelozeanischen Rücken mehr als 20 km3 neue magmatische Kruste gebildet, das sind etwa 90 Prozent der globalen Magmenproduktion. Obwohl ozeanische Rücken und MORB zu den am meisten untersuchten geologischen Themenbereichen gehören, existieren weiterhin einige Streit-fragen. Zu den wichtigsten zählt die Rolle von geodynamischen Rahmenbedingungen, wie etwa Divergenzrate oder die Nähe zu Hotspots oder Transformstörungen, sowie der absolute Aufschmelzgrad, oder die Tiefe, in der die Aufschmelzung unter den Rücken beginnt. Diese Dissertation widmet sich diesen Themen auf der Basis von Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen in Mineralen ozeanischer Mantelgesteine.Geochemische Charakteristika von MORB deuten darauf hin, dass der ozeanische Mantel im Stabilitätsfeld von Granatperidotit zu schmelzen beginnt. Neuere Experimente zeigen jedoch, dass die schweren Seltenerdelemente (SEE) kompatibel im Klinopyroxen (Cpx) sind. Aufgrund dieser granatähnlichen Eigenschaft von Cpx wird Granat nicht mehr zur Erklärung der MORB Daten benötigt, wodurch sich der Beginn der Aufschmelzung zu geringeren Drucken verschiebt. Aus diesem Grund ist es wichtig zu überprüfen, ob diese Hypothese mit Daten von abyssalen Peridotiten in Einklang zu bringen ist. Diese am Ozeanboden aufgeschlossenen Mantelfragmente stellen die Residuen des Aufschmelz-prozesses dar, und ihr Mineralchemismus enthält Information über die Bildungs-bedingungen der Magmen. Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen von Peridotit-proben des Zentralindischen Rückens (CIR) wurden mit Mikrosonde und Ionensonde bestimmt, und mit veröffentlichten Daten verglichen. Cpx der CIR Peridotite weisen niedrige Verhältnisse von mittleren zu schweren SEE und hohe absolute Konzentrationen der schweren SEE auf. Aufschmelzmodelle eines Spinellperidotits unter Anwendung von üblichen, inkompatiblen Verteilungskoeffizienten (Kd's) können die gemessenen Fraktionierungen von mittleren zu schweren SEE nicht reproduzieren. Die Anwendung der neuen Kd's, die kompatibles Verhalten der schweren SEE im Cpx vorhersagen, ergibt zwar bessere Resultate, kann jedoch nicht die am stärksten fraktionierten Proben erklären. Darüber hinaus werden sehr hohe Aufschmelzgrade benötigt, was nicht mit Hauptelementdaten in Einklang zu bringen ist. Niedrige (~3-5%) Aufschmelzgrade im Stabilitätsfeld von Granatperidotit, gefolgt von weiterer Aufschmelzung von Spinellperidotit kann jedoch die Beobachtungen weitgehend erklären. Aus diesem Grund muss Granat weiterhin als wichtige Phase bei der Genese von MORB betrachtet werden (Kapitel 1).Eine weitere Hürde zum quantitativen Verständnis von Aufschmelzprozessen unter mittelozeanischen Rücken ist die fehlende Korrelation zwischen Haupt- und Spuren-elementen in residuellen abyssalen Peridotiten. Das Cr/(Cr+Al) Verhältnis (Cr#) in Spinell wird im Allgemeinen als guter qualitativer Indikator für den Aufschmelzgrad betrachtet. Die Mineralchemie der CIR Peridotite und publizierte Daten von anderen abyssalen Peridotiten zeigen, dass die schweren SEE sehr gut (r2 ~ 0.9) mit Cr# der koexistierenden Spinelle korreliert. Die Auswertung dieser Korrelation ergibt einen quantitativen Aufschmelz-indikator für Residuen, welcher auf dem Spinellchemismus basiert. Damit kann der Schmelzgrad als Funktion von Cr# in Spinell ausgedrückt werden: F = 0.10×ln(Cr#) + 0.24 (Hellebrand et al., Nature, in review; Kapitel 2). Die Anwendung dieses Indikators auf Mantelproben, für die keine Ionensondendaten verfügbar sind, ermöglicht es, geochemische und geophysikalischen Daten zu verbinden. Aus geodynamischer Perspektive ist der Gakkel Rücken im Arktischen Ozean von großer Bedeutung für das Verständnis von Aufschmelzprozessen, da er weltweit die niedrigste Divergenzrate aufweist und große Transformstörungen fehlen. Publizierte Basaltdaten deuten auf einen extrem niedrigen Aufschmelzgrad hin, was mit globalen Korrelationen im Einklang steht. Stark alterierte Mantelperidotite einer Lokalität entlang des kaum beprobten Gakkel Rückens wurden deshalb auf Primärminerale untersucht. Nur in einer Probe sind oxidierte Spinellpseudomorphosen mit Spuren primärer Spinelle erhalten geblieben. Ihre Cr# ist signifikant höher als die einiger Peridotite von schneller divergierenden Rücken und ihr Schmelzgrad ist damit höher als aufgrund der Basaltzusammensetzungen vermutet. Der unter Anwendung des oben erwähnten Indikators ermittelte Schmelzgrad ermöglicht die Berechnung der Krustenmächtigkeit am Gakkel Rücken. Diese ist wesentlich größer als die aus Schweredaten ermittelte Mächtigkeit, oder die aus der globalen Korrelation zwischen Divergenzrate und mittels Seismik erhaltene Krustendicke. Dieses unerwartete Ergebnis kann möglicherweise auf kompositionelle Heterogenitäten bei niedrigen Schmelzgraden, oder auf eine insgesamt größere Verarmung des Mantels unter dem Gakkel Rücken zurückgeführt werden (Hellebrand et al., Chem.Geol., in review; Kapitel 3).Zusätzliche Informationen zur Modellierung und Analytik sind im Anhang A-C aufgeführt