Quaternary Science Journal - Der Schwermineralgehalt der Drenthezeitlichen Schmelzwassersande i...

Eiszeitalter u. Gegenwart

133—140 3 Abb.

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Hannover

1983

Der Schwermineral-Gehalt der Drenthe-zeitlichen Schmelzwassersande in Niedersachsen DlERK HENNINGSEN *

Heavy Mineral, garnet, hornblende, tourmaline, augite, epidote, quantitative analysis, prove­ nance, meltwater sands, Drenthe Age. Lower Saxony K u r z f a s s u n g : Die Untersuchung der durchsichtigen Schwerminerale in fast 3 0 0 Proben Drenthe-zeitlicher Schmelzwassersande aus allen Bereichen des niedersächsischen Flachlandes zeigt insgesamt eine gute Durchmischung von Material aus nördlicher und südlicher Herkunft. Granat und Hornblende sind vor allem in N E und E angereichert; sie kommen überwiegend aus Skan­ dinavien. Demgegenüber treten Zirkon, Turmalin und Augit vor allem im S mit höheren Werten auf, deshalb müssen sie aus dieser Richtung abgeleitet werden. Vom Harzrand bis W Braunschweig kommen reichlich Orthopyroxen und Augit vor, die aus Gesteinen des Harzburger Gabbros stammen. Topas wurde in keiner Probe eindeutig festgestellt.

[The Content of Heavy Minerals in Glaciofluvial Sands of Niedersachsen (Lower Saxony, F R Germany) ] A b s t r a c t : The investigation of transparent heavy minerals in nearly 3 0 0 samdes of glaciofluvial sands of the Drenthe stage from all regions of Lower Saxony generallv shows a good blending of material from the north and rhe south. The contents of Garnet and Hornblende are increased to the northeast and the east; these minerals must be derived from Scandinavia.

On the contrary. Zircon, Tourmaline and Augite are characterised by relatively high percen­ tages in the south; they must have been transported from this direction. From the northern border of the H a r z mountains to the west of Braunschweig, abundant Orthoovroxenes occur together with Aucites: the source of both minerals are rocks of the Harzburg Gabbro. N o Topaz has been identified in all samples.

1.

Einleitung

D i e im niedersächsischen Flachland weit verbreiteten Drenthe-zeitlichen Schmelz­ wassersande sind noch nicht zusammenfassend schwermineralanalytisch untersucht w o r ­ den, so d a ß d i e Variationsbreite u n d die möglichen Herkunftsbereiche der in ihnen v o r ­ k o m m e n d e n Scbwerminerale erst in Ansätzen b e k a n n t sind. E i n z e l n e Schwermineral­ analysen v o n S a n d e n der D r e n t h e - Z e i t w u r d e n in den E r l ä u t e r u n g e n z u geologischen K a r t e n veröffentlicht (LANG et al. 1 9 6 7 , 1 9 7 3 , 1 9 8 0 ) ; Untersuchungen v o n größeren P r o ­ benserien w u r d e n v o n K R E Y S I N G ( 1 9 6 2 ) im n o r d w e s t l i c h e n u n d H E N N I N G S E N ( 1 9 7 8 )

im

südlichen Niedersachsen in Teilbereichen durchgeführt. M i t dieser A r b e i t w i r d erstmalig eine Übersicht über die S c b w e r m i n e r a l - F ü h r u n g d e r D r e n t h e - S a n d e in G e s a m t - N i e d e r sachsen vorgelegt.

Grundlage der durchgeführten Untersuchung boten die von HÜSER ( 1 9 8 2 ) im Rahmen seiner Bearbeitung des Feldspat-Gehaltes von Quartär-Sanden in Niedersachsen zusammengetragenen Proben, wobei allerdings viele wegen nicht ganz eindeutiger Alterseinstufung unberücksichtigt bleiben mußten. Aus dem Material HÜSER stammen 1 8 4 Proben von 1 1 2 Aufschlüssen (nro Auf­ schluß bis zu 4 Proben), ergänzt wurden sie durch 15 Proben von 1 0 zusätzlichen Aufschlüssen aus verschiedenen Bereichen des niedersächsischen Flachlandes. Außerdem wurden die eigenen Zäh­ lungen aus dem Gebiet N W Hannover ( 7 7 Proben aus 56 Aufschlüssen, vgl. HENNINGSEN 1 9 7 8 1 sowie N E von Goslar ( 1 8 Proben aus 8 Aufschlüssen, vgl. BOMBIEN 1 9 8 3 und CHRISTOFZIK 1 9 8 3 ) *) Anschrift des Autors: Prof. Dr. D. H e n n i n g s e n , Institut für Geologie und Paläonto­ logie der Universität Hannover, Callinstraße 30, D-3000 Hannover 1.

ISSN-Nr. 0424 - 7116 / 83 / 0033 - XXX $ XXX © 1983 Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, D-7000 Stuttgart 1

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Dierk Henningsen

in die Auswertung mit einbezogen. Damit wurden insgesamt 294 Proben aus 184 Aufschlüssen berücksichtigt.

Untersucht wurde die Fraktion 0.25—0.036 mm. Die Abtrennung der Schwerminerale erfolgte in Scheidetrichtern mit „Bromoform für die Kohlenwäsche". Pro Konzentrat wurden 300—400 durchsichtige Körner ausgezählt.

Die für die Untersuchungsarbeiten benötigten Schwermineral-Konzentrate und -Präparate wurden in bewährter Weise von Frau J. PANOLIAS (Institut für Geologie und Paläontologie, Universität Hannover) hergestellt. Herrn Prof. Dr. E . EBERHARD (Institut für Kristallographie und Petrographie, Universität Hannover) verdanke ich die Durchführung und Auswertung einer Röntgenanalyse.

2. P r o z e n t g e h a l t e u n d V e r t e i l u n g d e r S c h w e r m i n e r a l e Auf eine Einzelbeschreibung der in den untersuchten P r o b e n beobachteten Schwerminerale w i r d verzichtet (vgl. h i e r z u z. B. H E N N I N G S E N 1978: 25 f.). D i e P r o z e n t - A n t e i l e der Minerale ergaben sich wie folgt (alle W e r t e auf ganze Z a h l e n abgerundet, s. T a b . 1 ) : Tab. 1: Schwermineral-Prozente in den untersuchten Proben. („ + " = vorhanden, aber weniger als 1 %>).

Schwankungsbreite Zirkon Turmalin Rutil Apatit Granat „Gemeine" Hornblende Epidot ( + Zoisit/Klinozoisit) Staurolith Disthen Sillimanit Andalusit Augit Basalt. Hornblende (Oxyhornbl.)

Orthopyroxen

- f

-

-45

+ -- 3 2 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

-- 13 -- 16 -- 53 -- 87 -- 6 1 -- 9 -- 12 -- 6 -- 4 -- 3 6 -- 11 -- 5 8

Arithmetischer StandardStreubereich um Mittelwert ( x~) Abweichung (s) Mittelwert (x~± s) 10 7 3 1 15 23 29 3 3 2 1 3 1 1

6 5 2 2 9 15 12 2 2 1 1 5 2 4

4 - - 16 2 -- 12 1 -- 5 0-- 3 6 -- 2 4 8 -- 3 8 17- - 4 1 1 -- 5 1 -- 5 1 -- 3 0-- 2 0 -- 8 0-- 3 0-- 5

Folgende weitere Minerale w u r d e n als E i n z e l k ö r n e r beobachtet: Titanit, Spinell (grün, blau u n d b r a u n ) , K o r u n d , A n a t a s , Brookit u n d O l i v i n . Topas k o n n t e nicht eindeutig festgestellt w e r d e n (vgl. K a p . 4 ) . Fünf der untersuchten P r o b e n wiesen einen deutlichen K a l k - G e h a l t auf. Irgendwelche Abweichungen d e r Schwermineral-Gehalte dieser P r o b e n gegenüber den übrigen (Kalk-freien) waren nicht festzustellen.

P r o z e n t u a l häufigstes M i n e r a l in fast der H ä l f t e aller P r o b e n ist Epidot, so meist immer im W - T e i l des Untersuchungsgebietes. I n g u t einem D r i t t e l der Proben d o m i n i e r t H o r n b l e n d e , in 1 2 % der P r o b e n G r a n a t . I n Einzelfällen sind auch Turmalin, Z i r k o n , Augit oder O r t h o p y r o x e n jeweils häufigstes M i n e r a l .

Fast ein Viertel aller P r o b e n weist eine e t w a durchschnittliche M i n e r a l - Z u s a m m e n ­ setzung auf, d. h. die P r o z e n t w e r t e aller M i n e r a l e liegen bei i h n e n innerhalb der j e w e i ­ ligen S t a n d a r d a b w e i c h u n g e n . Diese Proben sind ü b e r das gesamte Untersuchungsgebiet verteilt, sie t r e t e n häufiger im E-Teil auf, w ä h r e n d sie n u r im äußersten SW ( S W v o n Oldenburg) u n d a m H a r z r a n d (E Goslar) zu fehlen scheinen. D a r a u s ergibt sich insge­ samt eine meist g u t e Durchmischung der Schmelzwassersande.

Der Schwermineral-Gehalt der Drenthe-zeitlichen Schmelzwassersande

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U m t r o t z d e m über die flächenhafte V e r t e i l u n g der einzelnen M i n e r a l e u n d d a m i t ü b e r deren mögliche Herkunftsrichtungen aussagen zu können, w u r d e folgende einfache D a r ­ stellung g e w ä h l t : Für jede M i n e r a l a r t w u r d e n in Übersichtskarten die P r o b e n eingetragen, deren P r o z e n t w e r t e deutlich v o m jeweiligen M i t t e l w e r t abweichen, also a u ß e r h a l b des in T a b . 1 angegebenen Streubereiches um d e n arithmetischen M i t t e l w e r t liegen ( x~ ± s ) .

Bei statistischer Verteilung der Einzelwerte müßte dieses für rund ein Drittel aller Proben zu­ treffen. Die Auswertung zeigt, daß einige Minerale eine höhere (z. B. Granat), andere dagegen eine niedrigere Streuung (z. B. Turmalin) der Prozentwerte aufweisen. Wenn bei zwei und mehr Proben aus einem Aufschluß auch nur eine außerhalb des Steubereiches lag, wurde diese ein­ getragen, nicht jedoch, wenn im selben Aufschluß sowohl Werte oberhalb als auch unterhalb des Streubereiches vorkamen.

Dieses Verfahren berücksichtigt nicht die A b h ä n g i g k e i t b e s t i m m t e r Schwerminerale v o n unterschiedlichen K o r n g r ö ß e n der S a n d e (hierzu z. B. H E N N I N G S E N 1981), es k a n n aber d a v o n ausgegangen w e r d e n , d a ß die d a d u r c h möglichen Verschiebungen der P r o z e n t ­ w e r t e sich für alle Proben insgesamt aufheben.

Auf G r u n d der gezeichneten V e r t e i l u n g s k a r t e n lassen sich die Minerale zu G r u p p e n zusammenfassen: G r u p p e A : Anreicherungen ü b e r w i e g e n d im N E u n d E : G r a n a t u n d H o r n ­ blende ( A b b . 1), wobei die M a x i m a und M i n i m a dieser M i n e r a l e in den P r o b e n sich meist in b e k a n n t e r "Weise ausschließen; G r u p p e B : Anreicherungen ü b e r w i e g e n d im S u n d S W : T u r m a l i n , Z i r k o n , Augit (vgl. A b b . 2), angedeutet auch bei basaltischer H o r n b l e n d e u n d A p a t i t . Zwischen den Z i r k o n - u n d T u r m a l i n - W e r t e n aller Proben besteht eine sehr gute K o r r e l a t i o n (r = 0.2806 bei n = 294). Beim Augit müssen die Anreicherungen zwischen d e m H a r z r a n d bei Gos­ lar u n d d e m Gebiet W Braunschweig g e s o n d e r t betrachtet w e r d e n . D i e hier vergleichs­ weise meist s t a r k v e r w i t t e r t e n Minerale k o m m e n zusammen m i t teilweise reichlich O r t h o ­ p y r o x e n v o r ; die Ableitung b e i d e r Minerale v o m N - H a r z liegt auf der H a n d (s. K a p . 3).

Bei P r o b e n aus dem Bereich H a r z r a n d / B r a u n s c h w e i g besteht keine K o r r e l a t i o n zwischen den W e r t e n für Augit u n d basaltischer H o r n b l e n d e , w ä h r e n d diese im übrigen U n t e r ­ suchungsgebiet sehr gut ist (r = 0.6850 bei n = 228).

G r u p p e C : M i n e r a l v e r t e i l u n g r e l a t i v gleichmäßig ü b e r das gesamte U n t e r ­ suchungsgebiet, Anreicherungen v o r allem in einem in E W - R i c h t u n g durch N i e d e r ­ sachsen verlaufenden G ü r t e l , oft geringere W e r t e im E u n d S E : E p i d o t (Abb. 3), Disthen, Rutil, Sillimanit und S t a u r o l i t h . Vergleicht m a n die P r o z e n t w e r t e aller P r o b e n bei einzel­ nen dieser Minerale, besteht jeweils eine sehr g u t e K o r r e l a t i o n (n immer = 2 9 4 ; R u t i l / E p i d o t r = 0.5749, S i l l i m a n i t / E p i d o t r = 0 . 4 3 3 7 , D i s t h e n / S t a u r o l i t h r = 0.4075).

Keiner G r u p p e z u o r d n e n l ä ß t sich das M i n e r a l Andalusit, bei dem die Schwankungs­ breite der P r o z e n t w e r t e zu gering ist, u m irgendein räumliches Verteilungsmuster e r k e n ­ nen zu k ö n n e n .

3. H e r k u n f t d e r S c h w e r m i n e r a l e Auf G r u n d der vorher beschriebenen Verteilungsmuster l ä ß t sich die ungefähre H e r ­ kunft d e r in den Schmelzwassersanden v o r h a n d e n e n Schwerminerale angeben, w o b e i sich die Ergebnisse überwiegend m i t schon früher veröffentlichten Vorstellungen ( H E N N I N G S E N 1978: 139) decken, teilweise aber auch diese v e r ä n d e r n . D i e in G r u p p e A z u s a m m e n g e ­ faßten M i n e r a l e ( G r a n a t u n d H o r n b l e n d e ) s t a m m t zumeist aus S k a n d i n a v i e n . Bei der G r u p p e B sind Turmalin, A p a t i t u n d offenbar auch Z i r k o n hauptsächlich v o n aufgearbei­ teten Gesteinen des P a l ä o z o i k u m s , Mesozoikums u n d Tertiärs abzuleiten u n d durch V o r -

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Dierk Henningsen

Abb. 1: Regionale Verteilung der Proben mit Prozentwerten Ăźber und unter dem Streubereich um den Mittelwert (x Âą s): Granat (oben) und Hornblende (unten).

Der Schwermineral-Gehalt der Drenthe-zeitlichen Schmelzwassersande

T uyrm a 1 i n

|

137

SCHLESWIGHOLSTEIN

I HAMBURG,

DDR

NIEDER-

1

O l d e n b u r g i^

1

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\ DDR ~AUe

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0 |l

l]Gebiet ^Gebiet _

50 km

NW Hannover (77 Proben) NE Goslar (18 Proben)

Prozentwert

> ^ Streuungsbereich um Mittelwert

Augit

SCHLESWIG­ HOLSTEIN

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"[[Gebiet NW Hannover (77 Proben ^Gebiet

NE Goslar (18 Proben

Prozentwert

^

Streuungsbereich um Mittelwert

Abb. 2: Regionale Verteilung der Proben mit Prozentwerten über und unter dem Streubereich um den Mittelwert (x ± s): Turmalin (oben) und Augit (unten).

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Dierk Henningsen

Abb. 3: Regionale Verteilung der Epidot-Proben mit Werten über und unter dem Streubereich um den Mittelwert (x + s).

fahren der heutigen Flüsse aus S h e r a n t r a n s p o r t i e r t w o r d e n . Augit u n d basaltische H o r n ­ blende werden in i h r e r M e h r h e i t auf q u a r t ä r e Tuffe zurückgeführt (vgl. H E N N I N G S E N 1 9 8 0 ) ; neu ist d e r Befund, d a ß regional auch aus d e m N o r d h a r z A u g i t e ebenso w i e O r t h o p y r o x e n e angeliefert w u r d e n , d i e zweifelsfrei v o n Gesteinen des sog. H a r z b u r g e r G a b b r o s stammen.

Diese „Schüttung", die über eine Entfernung von mehr als 60 km nachzuweisen ist, zeigt bei­ spielhaft, wie groß der Anteil von aus S stammendem Material in den an sich von N abzuleiten­ den Schmelzwassersanden ist.

Keine Aussagen sind auf G r u n d d e r durchgeführten Z ä h l u n g e n ü b e r d i e H e r k u n f t d e r Minerale d e r G r u p p e C möglich. D i e nach Untersuchungen im Gebiet W H a n n o v e r v e r m u t e t e H e r k u n f t v o n Disthen u n d E p i d o t aus ü b e r w i e g e n d nördlicher Richtung ( H E N N I N G S E N 1 9 7 8 ) h a t sich für Gesamt-Niedersachsen nicht bestätigt. D i e relative A n ­ reicherung d e r M i n e r a l e dieser G r u p p e v o r allem i m m i t t l e r e n Niedersachsen erklärt sich z u m Teil einfach dadurch, d a ß hier d i e Minerale s o w o h l nördlicher als auch südlicher H e r k u n f t meist zurücktreten.

4. D a s T o p a s - P r o b l e m Seit CROMMELIN & M A A S K A N T ( 1 9 4 0 ) ist verschiedentlich v o n q u a r t ä r e n Ablagerungen aus Niedersachsen d a s M i n e r a l T o p a s beschrieben w o r d e n , insbesondere aus F l u ß a b l a g e ­ r u n g e n des Elbe-Gebietes, aber auch aus Schmelzwassersedimenten d e r Saale- u n d Weichsel-Zeit (z. B . G E N I E S E R 1 9 7 0 : 5 6 f.; SINDOWSKI in L A N G et al. 1 9 6 7 : 3 2 ; K R E Y S I N G 1962:

2 8 ff.). W ä h r e n d C R O M M E L I N & M A A S K A N T ( 1 9 4 0 : 1 6 ) ebenso w i e G E N I E S E R ( 1 9 7 0 )

Der Schwermineral-Gehalt der Drenthe-zeitlichen Schmelzwassersande

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Topas als typisches E l b e - M i n e r a l mit einer H e r k u n f t aus d e m Erzgebirge b z w . über das Saale/Mulde-System angesehen haben, h a t L Ü T T I G (in L Ü T T I G & M E Y E R 1 9 7 4 : 1 9 ) all­ gemein n u r v o n „östlichem M a t e r i a l " gesprochen.

Wichtig ist Topas v o r allem deshalb, weil er im älteren Q u a r t ä r der östlichen N i e d e r ­ lande v o r k o m m t (z. B. Z A N D S T R A 1 9 7 1 ) , aber v o n den meisten A u t o r e n nicht in altpleistozänen Ablagerungen des Rheines gefunden w o r d e n ist ( z . B . BOENIGK 1 9 7 0 ; R A Z I R A D 1 9 7 6 ) . Entsprechend w u r d e n Fluß-Systeme angenommen, die v o r allem im A l t q u a r t ä r aus östlicher b z w . südöstlicher Richtung M a t e r i a l in das Gebiet der heutigen N i e d e r l a n d e t r a n s p o r t i e r t haben sollen.

I m Z u s a m m e n h a n g m i t dem Topas u n d dem K o n z e p t seiner H e r k u n f t aus östlicher Richtung gibt es aber Tatsachen, die bisher nicht genügend beachtet w o r d e n sind. So k o m m t T o p a s nicht n u r i m Erzgebirge, s o n d e r n auch im Fichtelgebirge v o r (z. B. im sog.

Z i n n g r a n i t ) . Dieses M i n e r a l k ö n n t e also auch über den M a i n in das Flußsystem des Rheins gelangen.

SCHNITZER ( 1 9 7 9 : 114) hat z.B. darauf hingewiesen, daß der rezente Weiße Main Topas aus dem Gebiet des Ochsenkopfes (Fichtelgebirge) nach W abgeführt. Außerdem gibt es auch von oberhalb der Einmündung des Mains in den Rhein (bei Heidelberg) mindestens eine Angabe über das Vorkommen von Topas in pleistozänen Rheinsanden (RICHTER 1 9 3 9 ) .

Es ist deshalb zu fragen, ob im A l t q u a r t ä r ebenso wie in späteren Zeiten eine Anlie­ ferung v o n Topas über d a s Flußsystem des Rheins bis in die N i e d e r l a n d e völlig ausge­ schlossen w e r d e n k a n n . A u ß e r d e m müssen alle A n g a b e n ü b e r T o p a s in pleistozänen A b ­ lagerungen Niedersachsens kritisch überprüft werden. O b w o h l in den N i e d e r l a n d e n die H a u p t - T o p a s - Z e i t vor d e r Elster-Vereisung liegt, ist nach GENIESER ( 1 9 7 0 ) auch für Saale-zeitliche Sande u n d Kiese Niedersachsens eine „erzgebirgische H e r k u n f t " a n z u ­ nehmen, w e n n u. a. T o p a s v o r h a n d e n ist. Es m ü ß t e dieses M i n e r a l v o r allem in D r e n t h e zeitlichen Schmelzwasserablagerungen in der N ä h e des Laufes der Elbe (deren rezente Sedimente nach C R O M M E L I N & M A A S K A N T [ 1 9 4 0 ] zwischen Dresden u n d H a m b u r g bis zu 1 4 % T o p a s enthalten sollen) nachweisbar sein.

W ä h r e n d der A u s z ä h l u n g e n im R a h m e n dieser Untersuchung w u r d e jedoch t r o t z zahl­ reicher Überprüfungen kein einziges M i n e r a l festgestellt, das eindeutig alle mineralogi­ schen M e r k m a l e des Topases aufgewiesen h ä t t e .

Da Topas mit zu den im Körnerpräparat sehr schwer zu bestimmenden Mineralen gehört (vgl. BOENIGK 1 9 8 3 : 129 f.), wurden zusätzlich drei verschiedene Verfahren zur Anreicherung bzw.

Bestimmung dieses Minerals angewendet: 1. Das durch Abtrennen in Bromoform gewonnene Schwerekonzentrat von Proben aus dem Be­ reich Lüchow-Dannenberg (Elbnähe!) wurde noch einmal in Methylenjodid (Dichte ca. 3 . 3 ) getrennt, wobei Topas sich in der schweren Fraktion hätte anreichern müssen.

2. Das Bromoform-Konzentrat von Proben aus demselben Bereich wurde im Magnetscheider getrennt, wobei Topas in der nichtmagnetischen Fraktion konzentriert werden müßte.

3. Von mehreren Proben, in denen bei der Auszählung der Schwerminerale Einzelkörner von möglichem Topas beobachtet worden waren, wurde in sehr zeitraubender Arbeit unter dem Binokular mehrere hundert Körner ausgelesen, die farblos waren und keine Spaltbarkeit er­ kennen ließen.

An allen drei Fällen wurden die Konzentrate mit dem Röntgendiffraktometer untersucht. In keinem Fall konnten dabei die für Topas typischen Ausschläge/Maxima festgestellt werden. Bei den Topas-ähnlichen Körnern handelt es sich vor allem um solche von Quarz, daneben auch sol­ chen von unverzwillingten Plagioklasen und Hellglimmern. Bei Einbettung der Körperpräparate in Aroclor können solche Minerale ähnlich wie Topas aussehen.

A n g a b e n anderer A u t o r e n über T o p a s in Q u a r t ä r - S e d i m e n t e n Niedersachsens müssen deshalb offenbar mit V o r b e h a l t e n versehen w e r d e n . Auf keinen Fall sollte dieses Mineral weiterhin als Beleg für weitreichende paläogeographische R e k o n s t r u k t i o n e n v e r w e n d e t werden.

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Dierk Henningsen

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Manuskript eingegangen am 15. 8. 1 9 8 3 .