Shallow-platform palaeoenvironmental conditions recorded in deep-shelf sediments: C and stable isotopes in Upper Jurassic sections of southern Germany (Oxfordian-Kimmeridgian)

A high-resolution carbon and oxygen isotope analysis of Late Oxfordian-Early Kimmeridgian deep-shelf sediments of southern Germany is combined with investigation of nannofossil assemblage composition and sedimentological interpretations in order to evaluate the impact of regional palaeoenvironmental conditions on isotopic composition of carbonates. This study suggests that carbonate mud was essentially derived from the Jura shallow platform environments and also that the isotopic signature of carbonates deposited in the Swabian Alb deep shelf indirectly expresses the palaeoenvironmental evolution of the platform. Short-term fluctuations in delta(13) C and delta(18)O are probably controlled by changes in salinity (fresh-water input versus evaporation) in platform environments. Long-term fluctuations in carbon and oxygen isotope record throughout the Late Oxfordian-Early Kimmeridgian result from the interplay of increasing temperature and decreasing humidity, which both control the trophic level. Changes from mesotrophic to oligotrophic conditions in platform environments and in the deep-shelf surface waters are inferred. During the Late Oxfordian (Bimammatum Subzone to Planula Zone), the delta(13)C curve displays a positive shift of about 1 parts per thousand, which is comparable in intensity to global perturbations of the carbon cycle. This evident isotopic shift has not been documented yet in other basinal settings. It can be reasonably explained by local palaeoenvironmental changes on the Jura platform (salinity, temperature, and nutrient availability) that controlled platform carbonate production, and the geochemistry of overlying waters. However, increasing carbonate production on the Jura platform and related positive delta(13)C shifts recorded in the Swabian Alb deep shelf are the regional signatures of climatic changes affecting other palaeogeographical domains of Europe in which the carbonate production increased throughout the Late Oxfordian. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Role of the renal circadian timing system in maintaining water and electrolytes homeostasis.

Many basic physiological functions exhibit circadian rhythmicity. These functional rhythms are driven, in part, by the circadian clock, an ubiquitous molecular mechanism allowing cells and tissues to anticipate regular environmental events and to prepare for them. This mechanism has been shown to play a particularly important role in maintaining stability (homeostasis) of internal conditions. Because the homeostatic equilibrium is continuously challenged by environmental changes, the role of the circadian clock is thought to consist in the anticipative adjustment of homeostatic pathways in relation with the 24h environmental cycle. The kidney is the principal organ responsible for the regulation of the composition and volume of extracellular fluids (ECF). Several major parameters of kidney function, including renal plasma flow (RPF), glomerular filtration rate (GFR) and tubular reabsorption and secretion have been shown to exhibit strong circadian oscillations. Recent evidence suggest that the circadian clock can be involved in generation of these rhythms through external circadian time cues (e.g. humoral factors, activity and body temperature rhythms) or, trough the intrinsic renal circadian clock. Here, we discuss the role of renal circadian mechanisms in maintaining homeostasis of water and three major ions, namely, Na(+), K(+) and Cl(-).

Elemental and isotopic zoning in natural alpine quartz

THESIS ABSTRACT : Stable isotope geochemistry is used to help resolve a large number of geological questions. In order to do this, it is essential to understand the different mechanisms that govern isotopic fractionation processes between different phases and to identify the conditions required to reach equilibrium fractionation. However, at low temperatures, these processes are poorly constrained and many factors can induce differential partitioning of the isotopes between sectors of a mineral species and the fluid during mineral growth. This can result in so-called 'sector zoning' of a mineral species. The aim of this thesis is to evaluate the occurrence of sector zoning of the oxygen isotopes and trace elements in natural α-quartz crystals and to identify the reasons for such zoning. The implications for the fluid-mineral interactions are studied in the context of the Alpine metamorphism. The approach chosen has focused on examining the crystal structure, cathodoluminescence appearance (CL), and on relating elemental (e.g. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) to stable oxygen isotope compositions between and along different growth sectors. Low temperature quartz samples were selected from Alpine veins in different localities, where growth conditions have already been well constrained. The mineralogy as well as the isotopic compositions of the host rocks were also investigated, in order to interpret the variations obtained between the different growth stages in the framework of fluid-rock interaction during Alpine metamorphism. Depending on the growth conditions, most of the studied quartz is strongly zoned in CL, and it reveals corresponding zonations in the trace element content (e.g. growth zoning). Aluminium, substituting for Si in the lattice, was found in concentrations up to 1000's ppma, and its distribution is strongly related to Li and H and to a lesser extent, to Ge. Elemental sector zoning is evident from the distribution of these three elements since they exhibit differences in their respective concentrations between faces for distinct growth zones, with prismatic faces having the lowest Al contents. Quartz from veins in magmatic rocks, for example, tend to have lower Al concentrations and similar concentrations of Li and Ti suggesting also a contribution of these elements from the host rock. The relationship between Al and Li is still correlated. Only Alpine crystals grown at higher temperatures (~400°C) without any CL zoning feature are free of these impurities and do not show such zoning characteristics. Differences in the δ18O values were measured between different faces principally in the AIenriched growth zones or stages. These results were confirmed by the means of two different methods (in situ/non in situ). However, it was determined that the Al concentrations do not affect significantly oxygen isotope fractionations at 300°C. The results altogether suggest that the presence of sector zoning in quartz crystals is real, but not universal, and henceforth should be taken into consideration for any use of these systems. The occurrence of disequilibrium partitioning has been enhanced and is possibly related to kinetic processes as well as structural effects that do not affect similarly trace element incorporation and isotopic fractionation. In situ measurements also revealed fine scale δ18O zonations along growth paths that are useful to constrain fluid-rock interactions during Alpine metamorphism. Variations in the δ18O values present along growth vectors indicate changes in the fluid composition and origin. Association with oxygen isotope composition of the host rock allows for the deduction of interactions between rocks, veins and consequently fluids, as well as fluid regimes. RESUME DE LA THESE : A basses températures, (i.e. <400°C) les différents mécanismes qui régissent le fractionnement isotopique ainsi que les conditions nécessaires pour établir un état d'équilibre sont peu connus et nombre de paramètres peuvent entraîner un partitionnement chimique différentiel entre différents secteurs d'un minéral et le fluide en contact. Ainsi, ce travail de thèse a pour but d'évaluer la possible présence de zonages sectoriels en isotopes de l'oxygène mais aussi en éléments traces dans des cristaux naturels de quartz-α de basses températures, ainsi que les raisons d'un tel phénomène et enfin ses implications sur les interactions fluide-roche, principalement dans le cadre du métamorphisme Alpin. La structure et l'apparence en cathodoluminescence (CL) des échantillons ont été caractérisées avant de retracer en détail les compositions en élément traces (Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) et en isotopes de l'oxygène, le long et entre différents secteurs. Les échantillons de quartz sélectionnés proviennent majoritairement de veines Alpine de différentes localités, où les conditions de croissance ont été déjà bien caractérisées. Les compositions minéralogiques et isotopiques de la roche encaissante ont aussi été examinées, pour contraindre les variations obtenues dans un contexte Alpin. Selon leurs conditions de croissance, la plupart des cristaux étudiés sont fortement zonés, ce qui est souligné par un zonage des concentrations en éléments traces (e.g. zonage de croissance). L'Aluminium, qui peut se substituer à la Silice dans le réseau cristallin, a été retrouvé jusqu'en très grandes concentrations dans certaines zones (plusieurs milliers de ppma). De plus, la distribution en Al est fortement liée à celles de Li et H, ainsi que dans une moindre mesure à Ge. La présence de zonage sectoriel est évidente au niveau de ces éléments qui montrent de larges différences de concentrations entre différentes faces pour une même zone de croissance, avec les concentrations les plus basses retrouvées dans les faces prismatiques. Les quartz de veines situées dans des roches magmatiques par exemple possèdent des concentrations en Li et Ti de même ordre de grandeur, confirmant le rôle de la composition de la roche encaissante. La relation Li/Al est toujours fortement présente, mais ce rapport est fonction de la face mesurée. Seuls les cristaux Alpins de plus hautes températures (400°C) ne possédant pas de zones en CL ne présentent aucune de ces caractéristiques. Des différences dans les valeurs de δ18O de zones identiques enrichies en Al ont clairement été mesurées entre les différentes faces r, z, et m, mais aussi au sein d'une même seule zone, indiquant que le fractionnement a probablement eu lieu en déséquilibre. Il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs n'avait qu'un faible effet sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. L'utilisation de deux méthodes différentes a permis d'obtenir des résultats in situ et non in situ concordants. La comparaison des résultats obtenus permet de démontrer que le zonage sectoriel est bien présent dans certains cristaux de quartz, et dépend des conditions de formation. La présence d'un partitionnement différentiel des éléments traces peut être due à des effets cinétiques aussi bien que structuraux, alors que le zonage sectoriel des isotopes de l'oxygène aurait d'autres origines. Il est alors évident que la possibilité de zonage sectoriel doit être désormais pris en considération avant toute interprétations de données isotopiques de cristaux zonés. Les mesures in situ ont de plus permis de distinguer de fines variations des valeurs δ18O au cours de la croissance, qui peuvent aider à retracer la circulations des fluides dans les Alpes durant cette période. En association avec les compositions des roches encaissantes, ii est possible de déduire les interactions entre roches, veines, et par conséquent fluides, au cours de différentes étapes. RESUME GRAND PUBLIC : La géochimie des isotopes stables a pris beaucoup d'importance depuis ces dernières années pour aider à résoudre nombre de questions géologiques, en se basant sur les caractéristiques du fractionnement isotopiques pour différents systèmes. Il est donc nécessaire d'avoir une connaissance approfondie des mécanismes qui s'appliquent au fractionnement isotopique entre les minéraux et les fluides à partir desquels ils se forment. Ces mécanismes ont été bien approchés par différents types de calibrations pour des systèmes à hautes températures, cependant cela n'est pas aussi évident pour les systèmes à des températures inférieures à 400-500°C. Ce travail de thèse a pour but d'aider à la description et la compréhension des phénomènes qui peuvent affecter le fractionnement isotopique à basses températures, ainsi que leurs implications, à partir de l'étude de cristaux de quartz. Le choix des échantillons s'est porté sur des cristaux naturels formés à des températures inférieures ou égales à 400°C, provenant majoritairement de fissures hydrothermales Alpines dont les conditions de formation ont déjà été déterminées. L'étude des cristaux Alpin permet de plus de replacer les résultats obtenus dans le contexte du métamorphisme Alpin au cours du Miocène (21-13 Ma). Après examen de la structure et de la morphologie des cristaux, et leur caractérisation par cathodoluminescence (CL), des analyses chimiques détaillées sur les éléments en traces pouvant entrer dans le réseau cristallin du quartz comme impuretés (i.e. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti), et des isotopes stables de l'oxygène, ont été menées. En fonction des conditions de croissance, la plupart des cristaux présentent des zonations, qui peuvent être facilement reliées à la distribution des éléments traces analysés par microsonde électronique, sonde ionique (SIMS) et LA-ICPMS. De fortes concentrations d'Aluminium (plusieurs milliers de parties par million atomique) ont pu être observées dans les zones les plus externes des cristaux. De plus, les concentrations en Al et en Li sont toujours corrélées; la présence d'Hydrogène déduite à partir d'analyses par FTIR suit cette même tendance. Les différentes faces des cristaux présentent des concentrations distinctes d'Al, Li et H pour des mêmes zones de croissance, avec par exemple les concentrations les plus faibles dans les zones des faces prismatiques. Cela implique la présence d'un zonage sectoriel, qui a déjà été observé principalement dans des carbonates mais jamais décrit auparavant pour des quartz. Seuls les cristaux alpins homogènes en CL dont la croissance s'est faite à plus haute température (400°C) ne présentent aucune de ces caractéristiques. Par analogie avec le zonage sectoriel en Al, élément qui se substitue au Si dans le réseau cristallin du quartz, il est possible de penser qu'un zonage sectoriel pourrait aussi s'appliquer aux isotopes de l'oxygène. Des précédentes études avaient en effet émis cette hypothèse. Nos résultats ont été obtenus à partir d'analyses à la fois in- situ par SIMS, et par extraction assistée par laser-CO2 sur des parties de quartz soigneusement séparées, et sont en accord entre les deux méthodes. Un zonage sectoriel est en effet bien présent pour les cristaux alpins, mais principalement au niveau des zones très riches en Aluminium. Cependant, il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs avait un effet plus que minimal sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. Des différences importantes ont été observées entre les faces r & z mais aussi au sein d'une même et seule zone, indiquant que le fractionnement a pu avoir lieu en déséquilibre, ce qui est aussi visible au niveau des valeurs totalement opposées entre faces pour la dernière phase de croissance de certains cristaux. Ainsi l'association de ces résultats laisse suggérer que la présence d'un zonage sectoriel peut être liée à différents paramètres tels que le taux de croissance ou la structure de surface du cristal, mais qui n'affectent pas de la même façon l'incorporation des éléments traces et le fractionnement isotopique. La possibilité d'un zonage sectoriel est importante à prendre en compte lors de toute interprétation de données isotopiques. Les analyses des isotopes de l'oxygène effectuées par SIMS ont aussi permis de distinguer des variations importantes à petite échelle au cours de la croissance. Des mesures faites par laser CO2 sur certaines roches encaissantes, ont permis distinguer plusieurs étapes dans la croissance des minéraux et de déduire le rôle de l'encaissant et le type de fluide. En association avec de précédentes études, il a été ainsi possible de mieux contraindre la formation de ces cristaux dans le contexte alpin et la circulation de fluide au cours du métamorphisme alpin durant le Miocène.

Association of working conditions with self-reported work-related symptoms: results from the Swiss dataset of the European Working Conditions Survey

Working conditions are important determinants of health. The aims of this article are to 1) identify working conditions and work characteristics that are associated with workers' perceptions that their work is harmful to their health and 2) identify with what symptoms these working conditions are associated.We used the Swiss dataset from the 2005 edition of the European Working Conditions Survey. The dependent variable was based on the question "Does your work affect your health?". Logistic regression was used to identify a set of variables collectively associated with self-reported work-related adverse health effects.A total of 330 (32%) participants reported having their health affected by work. The most frequent symptoms included backache (17.1%), muscular pains (13.1%), stress (18.3%) and overall fatigue (11.7%). Scores for self-reported exposure to physicochemical risks, postural and physical risks, high work demand, and low social support were all significantly associated with workers' perceptions that their work is harmful to their health, regardless of gender or age. A high level of education was associated with stress symptoms, and reports that health was affected by work was associated with low job satisfaction.Many workers believe that their work affects their health. Health specialists should pay attention to the potential association between work and their patients' health complaints. This is particularly relevant when patients mention symptoms such as muscular pains, backache, overall fatigue, and stress. Specific attention should be given to complaints of stress in highly educated workers.

Catechol-binding serines of beta(2)-adrenergic receptors control the equilibrium between active and inactive receptor states.

The binding free energy for the interaction between serines 204 and 207 of the fifth transmembrane helix of the beta(2)-adrenergic receptor (beta(2)-AR) and catecholic hydroxyl (OH) groups of adrenergic agonists was analyzed using double mutant cycles. Binding affinities for catecholic and noncatecholic agonists were measured in wild-type and mutant receptors, carrying alanine replacement of the two serines (S204A, S207A beta(2)-AR), a constitutive activating mutation, or both. The free energy coupling between the losses of binding energy attributable to OH deletion from the ligand and from the receptor indicates a strong interaction (nonadditivity) as expected for a direct binding between the two sets of groups. However, we also measured a significant interaction between the deletion of OH groups from the receptor and the constitutive activating mutation. This suggests that a fraction of the decrease in agonist affinity caused by serine mutagenesis may involve a shift in the conformational equilibrium of the receptor toward the inactive state. Direct measurements using a transient transfection assay confirm this prediction. The constitutive activity of the (S204A, S207A) beta(2)-AR mutant is 50 to 60% lower than that of the wild-type beta(2)-AR. We conclude that S204 and S207 do not only provide a docking site for the agonist, but also control the equilibrium of the receptor between active (R*) and inactive (R) forms.

Stable O and H isotopic composition of hydrous minerals as proxies for paleoclimate and -topography : application to the European Alps

The isotopie composition of clay minerals can be used to gain information on paleoaltitude, -topography and -climate during the time of their formation, as they form in isotopie equilibrium with ambient water, which has an isotopie composition that is determined by previous rain-out. In this thesis, the usability of this approach is evaluated for sample material from both the North Alpine Foreland Basin and internal parts of the European Alps. The isotopie composition of precipitation is determined by the air temperature and the extent of previous rain-out, which in turn is affected by the distance to the point of origin of the water vapor and the condensation conditions. An orographic barrier leads to uplift and adiabatic cooling of air masses and thereby enhances rainfall with a characteristic depletion in heavy 0 and H isotopes. Processes such as evaporation and mixing of water with different origin affect the isotopie composition further on the surface. Clay minerals are hydrous phyllosilicates that can form during weathering or pedogenesis in isotopie equilibrium with the present water and inherit its isotopie composition with a characteristic fractionation. If their isotopie composition was preserved after formation and the necessary parameters are known, it is possible to calculate the isotopie composition of the ambient water and thereby reconstruct climatic and topographic conditions during their formation. Due to the hygroscopic behavior of the sample material, analytical procedures needed to be modified to allow an analysis of the oxygen and hydrogen isotopie composition of the hydroxyl water built into their crystal structure and not the one of recently adsorbed water. In order to determine typical 5lsO and 8D values of meteoric water and minerals in the weathering environment in high Alpine regions, samples of surface water and soils from the valley of Visp in the Swiss Alps were studied that were collected along a transect with varying altitudes and host rock lithologies. The actual aim to attempt the reconstruction of Alpine paleoelevations was addressed by the analysis of sediments deposited under marine and terrestrial conditions during the Miocene and Oligocene, which were sampled from different locations in Switzerland, Germany and Austria. Further bentonite and fault gouge clay samples were used as reference material from low and high elevations. Results show that the isotopie composition of clay minerals can be influenced by several factors, such as the mode and site of their formation, possible isotope exchange (which is evident for 8D values), the samples' mineral composition (such as the presence of detrital material) and the deposition environment. With a consideration of these parameters and limitation to certain sample material, conclusions are drawn on the isotopie composition of the water from which the clay minerals formed. Most of the obtained values lie in the same range as has been reported in literature for foreland precipitation. The reconstruction of paleoelevation might be possible for selected sites with a geographical setting close to the Alpine chain or for intramontane basins. - La composition isotopique des argiles, qui se forment typiquement en contact avec des eaux superficielles, peut être utilisée pour obtenir des informations sur la paléoaltitude, la paléotopographie et le paléoclimat pendant leur création. La composition en isotopes stable (oxygène et hydrogène) des eaux de pluie est déterminée par l'altitude, la température, la distance depuis le lieu d'évaporation et par le taux de précipitation. Certains processus comme l'évaporation, l'interaction avec des minéraux et le mélange d'eaux d'origines variées peuvent aussi changer la composition des eaux de surface. Les argiles sont des pliyllosilicates hydratés qui sont crées par l'altération des roches au contact de ces eaux de surface et ils acquièrent une composition isotopique qui est soumise à un certain fractionnement. L'objectif de cette thèse est d'évaluer si l'effet de l'altitude des Alpes, est détectable dans la composition isotopique des sédiments du bassin d'avant-pavs pendant le Miocène. Après avoir établi la procédure analytique, des compositions isotopiques typiques de régions de hautes altitudes ont été determine sur les eaux de surfaces (rivières) et sur des échantillons de sols, le long d'une coupe dans la valée de Visp, dans les Alpes Suisses. Une reconstruction des paléoaltitudes Miocènes Alpines a ensuite été mené par l'analyse de sédiments marins et terrestres en utilisant des échantillons d'âges variés et provenant de Suisse, d'Allemagne et d'Autriche. Les résultats montrent que la composition isotopique des échantillons est impactée par de multiples facteurs, tels que le mode de et le lieu de formation. un possible échange isotopique tardif (surtout pour 5D). leur composition minéralogique et l'environnement de leur sédimentation. Après un examen prudent de ces paramètres, et en se limitant à un certain assortiment d'échatillons, on peut tirer des conclusions sur la composition isotopique des eaux originelles pour en déduire l'effet du climat et de la topographie.

Essays in equilibrium asset pricing

Introduction This dissertation consists of three essays in equilibrium asset pricing. The first chapter studies the asset pricing implications of a general equilibrium model in which real investment is reversible at a cost. Firms face higher costs in contracting than in expanding their capital stock and decide to invest when their productive capital is scarce relative to the overall capital of the economy. Positive shocks to the capital of the firm increase the size of the firm and reduce the value of growth options. As a result, the firm is burdened with more unproductive capital and its value lowers with respect to the accumulated capital. The optimal consumption policy alters the optimal allocation of resources and affects firm's value, generating mean-reverting dynamics for the M/B ratios. The model (1) captures convergence of price-to-book ratios -negative for growth stocks and positive for value stocks - (firm migration), (2) generates deviations from the classic CAPM in line with the cross-sectional variation in expected stock returns and (3) generates a non-monotone relationship between Tobin's q and conditional volatility consistent with the empirical evidence. The second chapter proposes a standard portfolio-choice problem with transaction costs and mean reversion in expected returns. In the presence of transactions costs, no matter how small, arbitrage activity does not necessarily render equal all riskless rates of return. When two such rates follow stochastic processes, it is not optimal immediately to arbitrage out any discrepancy that arises between them. The reason is that immediate arbitrage would induce a definite expenditure of transactions costs whereas, without arbitrage intervention, there exists some, perhaps sufficient, probability that these two interest rates will come back together without any costs having been incurred. Hence, one can surmise that at equilibrium the financial market will permit the coexistence of two riskless rates that are not equal to each other. For analogous reasons, randomly fluctuating expected rates of return on risky assets will be allowed to differ even after correction for risk, leading to important violations of the Capital Asset Pricing Model. The combination of randomness in expected rates of return and proportional transactions costs is a serious blow to existing frictionless pricing models. Finally, in the last chapter I propose a two-countries two-goods general equilibrium economy with uncertainty about the fundamentals' growth rates to study the joint behavior of equity volatilities and correlation at the business cycle frequency. I assume that dividend growth rates jump from one state to other, while countries' switches are possibly correlated. The model is solved in closed-form and the analytical expressions for stock prices are reported. When calibrated to the empirical data of United States and United Kingdom, the results show that, given the existing degree of synchronization across these business cycles, the model captures quite well the historical patterns of stock return volatilities. Moreover, I can explain the time behavior of the correlation, but exclusively under the assumption of a global business cycle.