Bayesian-MCMC inversion of time-lapse geophysical data to characterize vadose zone hydraulic behaviour

Geophysical methods have the potential to provide valuable information on hydrological properties in the unsaturated zone. In particular, time-lapse geophysical data, when coupled with a hydrological model and inverted stochastically, may allow for the effective estimation of subsurface hydraulic parameters and their corresponding uncertainties. In this study, we use a Bayesian Markov-chain-Monte-Carlo (MCMC) inversion approach to investigate how much information regarding vadose zone hydraulic properties can be retrieved from time-lapse crosshole GPR data collected at the Arrenaes field site in Denmark during a forced infiltration experiment.

Étude des sédiments quaternaires, de la molasse et sa tectonique, dans le Grand Lac (Léman) à partir de données sismiques 2D et 3D

RESUME L'Institut de Géophysique de l'Université de Lausanne a développé au cours de ces dernières années un système d'acquisition de sismique réflexion multitrace à haute résolution 2D et 3D. L'objectif de cette thèse était de poursuivre ce développement tout améliorant les connaissances de la géologie sous le lac Léman, en étudiant en particulier la configuration des grands accidents sous-lacustres dans la Molasse (Tertiaire) qui forme l'essentiel du substratum des formations quaternaires. En configuration 2D, notre système permet d'acquérir des profils sismiques avec une distance inter-CDP de 1,25 m. La couverture varie entre 6 et 18 selon le nombre de traces et la distance inter-tir. Le canon à air (15/15 eu. in.), offre une résolution verticale de 1,25 ni et une pénétration maximale de 300 m sous le fond de l'eau. Nous avons acquis au total plus de 400 km de sections 2D dans le Grand Lac et le Haut Lac entre octobre 2000 et juillet 2004. Une campagne de sismique 3D a fourni des données au large d'Evian sur une surface de 442,5 m sur 1450 m, soit 0,64 km2. La navigation ainsi que le positionnement des hydrophones et de la source ont été réalisés avec des GPS différentiels. Nous avons utilisé un traitement sismique conventionnel, sans appliquer d'AGC et en utilisant une migration post-stack. L'interprétation du substratum antéquaternaire est basée sur l'identification des sismofaciès, sur leurs relations avec les unités géologiques adjacentes au lac, ainsi que sur quelques données de forages. Nous obtenons ainsi une carte des unités géologiques dans le Grand Lac. Nous précisons la position du chevauchement subalpin entre la ville de Lausanne, sur la rive nord, et le bassin de Sciez, sur la rive sud. Dans la Molasse de Plateau, nous avons identifié les décrochements de Pontarlier et de St. Cergue ainsi que plusieurs failles non reconnues jusqu'ici. Nous avons cartographié les accidents qui affectent la Molasse subalpine ainsi que le plan de chevauchement du flysch sur la Molasse près de la rive sud du lac. Une nouvelle carte tectonique de la région lémanique a ainsi pu être dressée. L'analyse du substratum ne montre pas de failles suggérant une origine tectonique de la cuvette lémanique. Par contre, nous suggérons que la forme du creusement glaciaire, donc de la forme du lac Léman, a été influencée par la présence de failles dans le substratum antéquaternaire. L'analyse des sédiments quaternaires nous a permis de tracer des cartes des différentes interfaces ou unités qui les composent. La carte du toit du substratum antéquaternaire montre la présence de chenaux d'origine glaciaire dont la profondeur maximale atteint la cote -200 ni. Leur pente est dirigée vers le nord-est, à l'inverse du sens d'écoulement actuel des eaux. Nous expliquons cette observation par l'existence de circulations sous-glaciaires d'eau artésienne. Les sédiments glaciaires dont l'épaisseur maximale atteint 150 ni au centre du lac ont enregistré les différentes récurrences glaciaires. Dans la zone d'Evian, nous mettons en évidence la présence de lentilles de sédiments glaciolacustres perchées sur le flanc de la cuvette lémanique. Nous avons corrélé ces unités avec des données de forage et concluons qu'il s'agit du complexe inférieur de la pile sédimentaire d'Evian. Celui-ci, âgé de plus de 30 000 ans, serait un dépôt de Kame associé à un lac périglaciaire. La sismique réflexion 3D permet de préciser l'orientation de l'alimentation en matériel détritique de l'unité. La finesse des images obtenues nous permet également d'établir quels types d'érosion ont affecté certaines unités. Les sédiments lacustres, dont l'épaisseur maximale imagée atteint plus de 225 m et sans doute 400 ni sous le delta du Rhône, indiquent plusieurs mécanismes de dépôts. A la base, une mégaturbidite, épaisse d'une trentaine de mètres en moyenne, s'étend entre l'embouchure de la Dranse et le delta du Rhône. Au-dessus, la décantation des particules en suspension d'origine biologique et détritique fournit l'essentiel des sédiments. Dans la partie orientale du lac, les apports détritiques du Rhône forment un delta qui prograde vers l'ouest en s'imbriquant avec les sédiments déposés par décantation. La structure superficielle du delta a brutalement évolué, probablement à la suite de l'évènement catastrophique du Tauredunum (563 A.D.). Sa trace probable se marque par la présence d'une surface érosive que nous avons cartographiée. Le delta a ensuite changé de géométrie, avec notamment un déplacement des chenaux sous-lacustres. Sur l'ensemble de nos sections sismiques, nous n'observons aucune faille dans les sédiments quaternaires qui attesterait d'une tectonique postglaciaire du substratum. ABSTRACT During the last few years the institute of Geophysics of the University of Lausanne cleveloped a 2D and 3D high-resolution multichannel seismic reflection acquisition system. The objective of the present work was to carry on this development white improving our knowledge of the geology under Lake Geneva, in particular by studying the configuration of the large accidents affecting the Tertiary Molasse that makes up the basement of most Quaternary deposits. In its 2D configuration, our system makes it possible to acquire seismic profiles with a CDP interval of 1.25 m. The fold varies from 6 to 18 depending on the number of traces and the shooting interval. Our air gun (15/15 cu. in.) provides a vertical resolution of 1.25 m and a maximum penetration depth of approximately 300 m under water bottom. We acquired more than 400 km of 2D sections in the Grand Lac and the Haut Lac between October 2000 and July 2004. A 3D seismic survey off the city of Evian provided data on a surface of 442.5 m x 1450 m (0.64 km2). Ship's navigation as well as hydrophone- and source positioning were carried out with differential GPS. The seismic data were processed following a conventional sequence without .applying AGC and using post-stack migration. The interpretation of the pre-Quaternary substratum is based on sismofacies, on their relationships with terrestrial geological units and on some borehole data. We thus obtained a map of the geological units in the Grand Lac. We defined the location of the subalpine thrust from Lausanne, on the north shore, to the Sciez Basin, on the south shore. Within the Molasse de Plateau, we identified the already know Pontarlier and St Cergue transforms Fault as well as faults. We mapped faults that affect subalpine Molasse as well as the thrust fault plane between alpine flysch and Molasse near the lake's south shore. A new tectonic map of the Lake Geneva region could thus be drawn up. The substratum does not show faults indicating a tectonic origin for the Lake Geneva Basin. However, we suggest that the orientation of glacial erosion, and thus the shape of Lake Geneva, vas influenced by the presence of faults in the pre-Quaternary basement. The analysis of Quaternary sediments enabled us to draw up maps of various discontinuities or internal units. The top pre-Quaternary basement map shows channels of glacial origin, the deepest of them reaching an altitude of 200 m a.s.l. The channel's slopes are directed to the North-East, in opposite direction of the present water flow. We explain this observation by the presence of artesian subglacial water circulation. Glacial sediments, the maximum thickness of which reaches 150 m in the central part of the lake, record several glacial recurrences. In the Evian area, we found lenses of glacio-lacustrine sediments set high up on the flank of the Lake Geneva Bassin. We correlated these units with on-land borehole data and concluded that they represent the lower complex of the Evian sedimentary pile. The lower complex is aider than 30 000 years, and it could be a Kame deposit associated with a periglacial lake. Our 3D seismic reflexion survey enables us to specify the supply direction of detrital material in this unit. With detailed seismic images we established how some units were affected by different erosion types. The lacustrine sediments we imaged in Lake Geneva are thicker than 225 m and 400 m or more Linder the Rhone Delta. They indicate several depositional mechanisms. Their base is a major turbidite, thirty meters thick on average, that spreads between the Dranse mouth and the Rhone delta. Above this unit, settling of suspended biological and detrital particles provides most of the sediments. In the eastern part of the lake, detrital contribution from the Rhone builds a delta that progrades to the west and imbricates with the settling sediments. The shallow structure of the Rhone delta abruptly evolved, probably after the catastrophic Tauredunum event (563 A.D.). It probably coincides with an erosive surface that we mapped. As a result, the delta geometry changed, in particular associated with a displacement of water bottom channels. In all our seismic sections, we do not observe fault in the Quaternary sediments that would attest postglacial tectonic activity in the basement.

A new classification of the Turkish terranes and sutures and its implication for the paleotectonic history of the region

The Turkish part of the Tethyan realm is represented by a series of terranes juxtaposed through Alpine convergent movements and separated by complex suture zones. Different terranes can be defined and characterized by their dominant geological background. The Pontides domain represents a segment of the former active margin of Eurasia, where back-arc basins opened in the Triassic and separated the Sakarya terrane from neighbouring regions. Sakarya was re-accreted to Laurasia through the Balkanic mid-Cretaceous orogenic event that also affected the Rhodope and Strandja zones. The whole region from the Balkans to the Caucasus was then affected by a reversal of subduction and creation of a Late Cretaceous arc before collision with the Anatolian domain in the Eocene. If the Anatolian terrane underwent an evolution similar to Sakarya during the Late Paleozoic and Early Triassic times, both terranes had a diverging history during and after the Eo-Cimmerian collision. North of Sakarya, the Küre back-arc was closed during the Jurassic, whereas north of the Anatolian domain, the back-arc type oceans did not close before the Late Cretaceous. During the Cretaceous, both domains were affected by ophiolite obduction, but in very different ways: north directed diachronous Middle to Late Cretaceous mélange obduction on the Jurassic Sakarya passive margin; Senonian synchronous southward obduction on the Triassic passive margin of Anatolia. From this, it appears that the Izmir-Ankara suture, currently separating both terranes, is composite, and that the passive margin of Sakarya is not the conjugate margin of Anatolia. To the south, the Cimmerian Taurus domain together with the Beydağları domain (part of the larger Greater Apulian terrane), were detached from north Gondwana in the Permian during the opening of the Neotethys (East-Mediterranean basin). The drifting Cimmerian blocks entered into a soft collision with the Anatolian and related terranes in the Eo-Cimmerian orogenic phase (Late Triassic), thus suturing the Paleotethys. At that time, the Taurus plate developed foreland-type basins, filled with flysch-molasse deposits that locally overstepped the lower plate Taurus terrane and were deposited in the opening Neotethys to the south. These olistostromal deposits are characterized by pelagic Carboniferous and Permian material from the Paleotethys suture zone found in the Mersin mélange. The latter, as well as the Antalya and Mamonia domains are represented by a series of exotic units now found south of the main Taurus range. Part of the Mersin exotic material was clearly derived from the former north Anatolian passive margin (Huğlu-type series) and re-displaced during the Paleogene. This led us to propose a plate tectonic model where the Anatolian ophiolitic front is linked up with the Samail/Baër-Bassit obduction front found along the Arabian margin. The obduction front was indented by the Anatolian promontory whose eastern end was partially subducted. Continued slab roll-back of the Neotethys allowed Anatolian exotics to continue their course southwestward until their emplacement along the Taurus southern margin (Mersin) and up to the Beydağları promontory (Antaya-Mamonia) in the latest Cretaceous-Paleocene. The supra-subduction ocean opening at the back of the obduction front (Troodos-type Ocean) was finally closed by Eocene north-south shortening between Africa and Eurasia. This brought close to each other Cretaceous ophiolites derived from the north of Anatolia and those obducted on the Arabian promontory. The latter were sealed by a Maastrichtian platform, and locally never affected by Alpine tectonism, whereas those located on the eastern Anatolian plate are strongly deformed and metamorphosed, and affected by Eocene arc magmatism. These observations help to reconstruct the larger frame of the central Tethyan realm geodynamic evolution.

Evolution of a polymineralic mantle shear zone and the role of second phases in the localization of deformation

The influence of second phases (e.g., pyroxenes) on olivine grain size was studied by quantitative microfabric analyses of samples of the Hilti massif mantle shear zone (Semail ophiolite, Oman). The microstructures range from porphyroclastic tectonites to ultramylonites, from outside to the center of the shear zone. Starting at conditions of ridge-related flow, they formed under continuous cooling leading to progressive strain localization. The dependence of the average olivine grain size on the second-phase content can be split into a second-phase controlled and a dynamic recrystallization-controlled field. In the former, the olivine grain size is related to the ratio between the second-phase grain size and volume fraction (Zener parameter). In the latter, dynamic recrystallization manifested by a balance between grain growth and grain size reduction processes yields a stable olivine grain size. In both fields the average olivine and second-phase grain size decreases with decreasing temperature. Combining the microstructural information with deformation mechanism maps suggests that the porphyroclastic tectonites (similar to 1100 degrees C) and mylonites (similar to 800 degrees C) formed under the predominance of dislocation creep. Since olivine-rich layers are intercalated with layer parallel, polymineralic bands in the mylonites, nearly equiviscous conditions can be assumed. In the ultramylonites, diffusion creep represents the major deformation mechanism in the polymineralic layers. It is this switch in deformation mechanism from dislocation creep to diffusion creep that forces strain to localize in the fine-grained polymineralic domains at low temperatures (<similar to 700 degrees C), underlining the role of the second phases on strain localization in cooling mantle rocks.

The birth of the Rheic Ocean - Early Palaeozoic subsidence patterns and subsequent tectonic plate scenarios

New plate-tectonic reconstructions of the Gondwana margin suggest that the location of Gondwana-derived terranes should not only be guided by the models, but should also consider the possible detrital input from some Asian blocks (Hunia), supposed to have been located along the Cambrian Gondwana margin, and accreted in the Silurian to the North-Chinese block. Consequently, the Gondwana margin has to be subdivided into a more western domain, where the future Avalonian blocks will be separated from Gondwana by the opening Rheic Ocean, whereas in its eastern continuation, hosting the future basement areas of Central Europe, different periods of crustal extension should be distinguished. Instead of applying a rather cylindrical model, it is supposed that crustal extension follows a much more complex pattern, where local back-arcs or intra-continental rifts are involved. Guided by the age data of magmatic rocks and the pattern of subsidence curves, the following extensional events can be distinguished: During the early to middle Cambrian, a back-arc setting guided the evolution at the Gondwana margin. Contemporaneous intra-continental rift basins developed at other places related to a general post-PanAfrican extensional phase affecting Africa Upper Cambrian formation of oceanic crust is manifested in the Chamrousse area, and may have lateral cryptic relics preserved in other places. This is regarded as the oceanisation of some marginal basins in a context of back-arc rifting. These basins were closed in a mid-Ordovician tectonic phase, related to the subduction of buoyant material (mid-ocean ridge?) Since the Early Ordovician, a new phase of extension is observed, accompanied by a large-scale volcanic activity, erosion of the rift shoulders generated detritus (Armorican Quartzite) and the rift basins collected detrital zircons from a wide hinterland. This phase heralded the opening of Palaeotethys, but it failed due to the Silurian collision (Eo-Variscan phase) of an intra-oceanic arc with the Gondwana margin. During this time period, at the eastern wing of the Gondwana margin begins the drift of the future Hunia microcontinents, through the opening of an eastern prolongation of the already existing Rheic Ocean. The passive margin of the remaining Gondwana was composed of the Galatian superterranes, constituents of the future Variscan basement areas. Remaining under the influence of crustal extension, they will start their drift to Laurussia since the earliest Devonian during the opening of the Palaeotethys Ocean. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Late Cretaceous to Eocene geology of the South Central American forearc area (southern Costa Rica and western Panama) : initiation and evolution of an intra-oceanic convergent margin

Résumé : L'arc volcanique du sud de l'Amérique Centrale se situe sur la marge SW de la Plaque Caraïbe, au-dessus des plaques subduites de Cocos et Nazca. Il s'agit de l'un des arcs intra-océaniques les plus étudiés au monde, qui est généralement considéré comme s'étant développé à la fin du Crétacé le long d'un plateau océanique (le Plateau Caraïbe ou CLIP) et se trouvant actuellement dans un régime de subduction érosive. Au cours des dernières décennies, des efforts particuliers ont été faits pour comprendre les processus liés à la subduction sur la base d'études géophysiques et géochimiques. Au sud du Costa Rica et à l'ouest du Panama, des complexes d'accrétions et structures à la base de l'arc volcanique ont été exposés grâce à la subduction de rides asismiques et de failles transformantes. Des affleurements, situés jusqu'à seulement 15 km de la fosse, offrent une possibilité unique de mieux comprendre quelques uns des processus ayant lieu le long de la zone de subduction. Nous présentons de nouvelles contraintes sur l'origine de ces affleurements en alliant une étude de terrain poussée, de nouvelles données géochimiques, sédimentaires et paléontologiques, ainsi que des observations structurales effectuées en télédétection. Une nouvelle stratigraphie tectonique entre le Campanien et l'Éocène est définie pour la région d'avant-arc située entre la Péninsule d'Osa (Costa Rica) et la Péninsule d'Azuero (Panama). Nos résultats montrent que la partie externe de la marge est composée d'un arrangement complexe de roches ignées et de séquences sédimentaires de recouvrement qui comprennent principalement le socle de l'arc, des roches d'arc primitif, des fragments de monts sous-marins accrétés et des mélanges d'accrétion. Des preuves sont données pour le développement de l'arc volcanique du sud de l'Amérique Centrale sur un plateau océanique. Le début de la subduction le long de la marge SW de la Plaque Caraïbe a eu lieu au Campanien et a généré des roches d'arc primitif caractérisées par des affinités géochimiques particulières, globalement intermédiaires entre des affinités de plateau et d'arc insulaire. L'arc était mature au Maastrichtien et formait un isthme essentiellement continu entre l'Amérique du Nord et l'Amérique du Sud. Ceci a permis la migration de faunes terrestres entre les Amériques et pourrait avoir contribué à la crise fin Crétacé -Tertiaire en réduisant les courants océaniques subéquatoriaux entre le Pacifique et l'Atlantique. Plusieurs unités composées de fragments de monts sous-marins accrétés sont définies. La nature et l'arrangement structural de ces unités définissent de nouvelles contraintes sur les modes d'accrétion des monts sous-marins/îles océaniques et sur l'évolution de la marge depuis la formation de la zone de subduction. Entre la fin du Crétacé et l'Éocène moyen, la marge a enregistré plusieurs épisodes ponctuels d'accrétion de monts sous-marins alternant avec de la subduction érosive. A l'Éocène moyen, un événement tectonique régional pourrait avoir causé un fort couplage entre les plaques supérieure et inférieure, menant à des taux plus important d'accrétion de monts sous-marins. Durant cette période, la situation le long de la marge était très semblable à la situation actuelle et caractérisée par la présence de monts sous-marins subductants et l'absence d'accrétion de sédiments. L'enregistrement géologique montre qu'il n'est pas possible d'attribuer une nature érosive ou accrétionnaire à la marge dans le passé ou -par analogie- aujourd'hui, parce que (1) les processus d'accrétion et érosifs varient fortement spatialement et temporellement et (2) il est impossible d'évaluer la quantité exacte de matériel tectoniquement enlevé à la marge depuis le début de la subduction. Au sud du Costa Rica, certains fragments de monts sous-marins accrétés sont représentatifs d'une interaction entre une ride et un point chaud dans le Pacifique au Crétacé terminal/Paléocène. L'existence de ces fragments de monts sous-marins et la morphologie du fond de l'Océan Pacifique indiquent que la formation de la ride de Cocos-Nazca s'est formée au moins ~40 Ma avant l'âge proposé par les modèles tectoniques actuels. Au Panama, nous avons identifié une île océanique d'âge début Éocène qui a été accrétée à l'Éocène moyen. L'accrétion a eu lieu à très faible profondeur par détachement de l'île dans la fosse, et a mené à une exceptionnelle préservation des structures volcaniques. Des affleurement comprenant aussi bien des parties basses et hautes de l'édifice volcanique on été étudiées, depuis la phase sous-marine bouclier jusqu'à la phase subaérienne post-bouclier. La stratigraphie nous a permis de différencier les laves de la phase sous-marine de celles de la phase subaérienne. La composition des laves indique une diminution progressive de l'intensité de la fusion partielle de la source et une diminution de la température des laves produites durant les derniers stades de l'activité volcanique. Nous interprétons ces changements comme étant liés à l'éloignement progressif de l'île océanique de la zone de fusion ou point chaud. Abstract The southern Central American volcanic front lies on the SW edge of the Caribbean Plate, inboard of the subducting Cocos and Nazca Plates. It is one of the most studied intra-oceanic convergent margins around the world, which is generally interpreted to have developed in the late Cretaceous along an oceanic plateau (the Caribbean Large Igneous Province or CLIP) and to be currently undergoing a regime of subduction erosion. In the last decades a particular effort has been made to understand subduction-related processes on the basis of geophysical and geochemical studies. In southern Costa Rica and western Panama accretionary complexes and structures at the base of the volcanic front have been exposed in response to subduction of aseismic ridges and transforms. Onland exposures are located as close as to 15 km from the trench and provide a unique opportunity to better understand some of the processes occurring along the subduction zone. We provide new constraints on the origins of these exposures by integrating a comprehensive field work, new geochemical, sedimentary and paleontological data, as well as structural observations based on remote imaging. A new Campanian to Eocene tectonostratigraphy is defined for the forearc area located between the Osa Peninsula (Costa Rica) and the Azuero Peninsula (Panama). Our results show that the outer margin is composed of a complicated arrangement of igneous complexes and overlapping sedimentary sequences that essentially comprise an arc basement, primitive island-arc rocks, accreted seamount fragments and accretionary mélanges. Evidences are provided for the development of the southern Central American arc on the top an oceanic plateau. The subduction initiation along the SW edge of the Caribbean Plate occurred in the Campanian and led to formation of primitive island-arc rocks characterized by unusual geochemical affinities broadly intermediate between plateau and arc affinities. The arc was mature in the Maastrichtian and was forming a predominantly continuous landbridge between the North and South Americas. This allowed migration of terrestrial fauna between the Americas and may have contributed to the Cretaceous-Tertiary crisis by limiting trans-equatorial oceanic currents between the Pacific and the Atlantic. Several units composed of accreted seamount fragments are defined. The nature of the units and their structural arrangement provide new constraints on the modes of accretion of seamounts/oceanic islands and on the evolution of the margin since subduction initiation. Between the late Cretaceous and the middle Eocene, the margin recorded several local episodes of seamount accretion alternating with tectonic erosion. In the middle Eocene a regional tectonic event may have triggered strong coupling between the overriding and subducting plates, leading to higher rates of seamount accretion. During this period the situation along the margin was very similar to the present and characterized by subducting seamounts and absence of sediment accretion. The geological record shows that it is not possible to ascribe an overall erosive or accretionary nature to the margin in the past and, by analogy, today, because (1) accretionary and erosive processes exhibit significant lateral and temporal variations and (2) it is impossible to estimate the exact amount of material tectonically eroded from the margin since subduction initiation. In southern Costa Rica, accreted seamount fragments point toward a plume-ridge interaction in the Pacific in the late Cretaceous/Paleocene. This occurrence of accreted seamount fragments and morphology of the Pacific Ocean floor is indicative of the formation of the Cocos-Nazca spreading system at least ~40 Ma prior to the age proposed in current tectonic models. In Panama, we identified a remarkably-well preserved early Eocene oceanic island that accreted in the middle Eocene. The accretion probably occurred at very shallow depth by detachment of the island in the trench and led to an exceptional preservation of the volcanic structures. Exposures of both deep and superficial parts of the volcanic edifice have been studied, from the submarine-shield to subaerial-postshield stages. The stratigraphy allowed us to distinguish lavas produced during the submarine and subaerial stages. The lava compositions likely define a progressive diminution of source melting and a decrease in the temperature of erupted melts in the latest stages of volcanic activity. We interpret these changes to primarily reflect the progressive migration of the oceanic island out of the melting region or hotspot.

Evaluation des campagnes de prévention contre le SIDA en Suisse : "La zone" : rapport final 1988

Cette étude est destinée à évaluer les effets des campagnes de Sida en Suisse auprès de jeunes en marge de la société que l'on qualifie de "zonards", en termes de modifications des représentations, attitudes et comportements face à cette maladie et aux manières de s'en protéger. Elle s'intéresse aussi aux modalités d'acquisition d'attitudes et comportements nouveaux, ainsi qu'à la manière dont les campagnes ont été accueillies et répercutées. [Auteurs, p. 5]

Genetic and karyotypic structure of a hybrid zone between the chromosomal races Cordon and Valais in the common shrew, Sorex araneus

Hybrid zones between genetically differentiated populations provide material to study evolutionary processes. Since the discovery of chromosomal races in Sorex araneus, contact zones have attracted attention of scientists. So far, studies on genetic markers in Sorex hybrid zones are missing. The acrocentric chromosomal race Cordon and the highly metacentric race Valais meet and hybridize at Les Houches in the Western Alps. On a transect through the hybrid zone, 273 shrews were caught at 15 localities over 4 years. Karyotype as well as the nuclear protein loci Alb and Pg were analyzed. F-st and F-is values were calculated by F-statistics. An analysis on pooled samples revealed the genetical differences between the hybridizing races as the only cause of population structuring. Genetical markers show dines with very strong frequency shifts at a mountain torrent, but behave differently through the zone. The performance of the torrent in maintaining the hybrid zone, selection against hybrids, possible assortative mating and linkage of the Valais Pg allele to a diagnostic chromosome arm, are discussed.

New stratigraphic data from the Lower Penninic between the Adula nappe and the Gotthard massif and consequences for the tectonics and the paleogeography of the Central Alps

New stratigraphic data along a profile from the Helvetic Gotthard massif to the remnants of the North Penninic basin in eastern Ticino and Graubunden are presented. The stratigraphic record together with existing geochemical and structural data, motivate a new interpretation of the fossil European distal margin. We introduce a new group of Triassic facies, the North-Penninic-Triassic (NPT), which is characterised by the Ladinian ``dolomie bicolori''. The NPT was located in-between the Brianconnais carbonate platform and the Helvetic lands. The observed horizontal transition, coupled with the stratigraphic superposition of a Helvetic Liassic on a Briaconnais Triassic in the Luzzone-Terri nappe, links, prior to Jurassic rifting, the Brianconnais paleogeographic domain at the Helvetic margin, south of the Gotthard. Our observations suggest that the Jurassic rifting separated the Brianconnais domain from the Helvetic margin by complex and protracted extension. The syn-rift stratigraphic record in the Adula nappe and surroundings suggests the presence of a diffuse rising area with only moderately subsiding basins above a thinned continental and proto-oceanic crust. Strong subsidence occurred in a second phase following protracted extension and the resulting delamination of the rising area. The stratigraphic coherency in the Adula's Mesozoic questions the idea of a lithospheric m lange in the eclogitic Adula nappe, which is more likely to be a coherent alpine tectonic unit. The structural and stratigraphic observations in the Piz Terri-Lunschania zone suggest the activity of syn-rift detachments. During the alpine collision these faults are reactivated (and inverted) and played a major role in allowing the Adula subduction, the ``Penninic Thrust'' above it and in creating the structural complexity of the Central Alps. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Analysis of Markers for Recent Alcohol Consumption by Capillary Zone Electrophoresis and an Immunochemical Method

Le but de ce travail doctoral était le développement de méthodes analytiques pour la détermination dethyl glucuronide et dethyl sulfate. Ces deux substances sont des métabolites directs de lethanol qui peuvent être détectées pendant des heures jusqu'à des jours dans des fluides corporels, après que léthanol ait été complètement éliminé du corps humain. Ce sont donc des marqueurs de consommation récente d'alcool.La majorité des expériences ont été effectuées en utilisant l'électrophorèse capillaire. Il était envisagé de fournir des méthodes utilisables dans des laboratoires de routine. Des méthodes électrophorétiques ont été développées et optimisées pour la détermination dethyl sulfate dans le sérum et l'urine ainsi que pour lethyl glucuronide dans le sérum. Lethyl glucuronide urinaire a pu être déterminé par un immunoassay commerciale qui a en plus été adapté avec succès pour des échantillons de sérum. Avec toutes ces méthodes d'analyse il était possible d'observer les deux marqueurs de consommation d'alcool récente, même une consommation aussi basse qu'un verre de boissons alcooliques.Finalement, une étude englobant plus de 100 échantillons aété effectuée avec l'ambition de déterminer les valeurs de référence pour lethyl glucuronide dans le sérum et l'urine. De plus, la nécessité de normaliser les échantillons d'urine par rapport à la dilution a été investiguée. Grâce à cette étude des valeurs de cut-off et une base statistique pour l'interprétation probabiliste ont pu être proposées.

Mesozoic oceanic terranes of southern Central America : geology, geochemistry and gedynamics

Abstract The Northwestern edge of the modern Caribbean Plate, located in central Middle America (S-Guatemala to N-Costa Rica), is characterized by a puzzle of oceanic and continental terranes that belonged originally to the Pacific façade of North America. South of the Motagua Fault Zone, the actual northern strike slip boundary of the Caribbean Plate, three continental slivers (Copán, Chortis s. str. and Patuca) are sandwiched between two complex suture zones that contain HP/LT mafic and ultramafic oceanic rocks: The Motagua Mélanges to the North, extensively studied in the last ten years and the' newly defined Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT) to the South. No modem geological data were available for the oceanic terrane located in the southern part of the so called continental "Chortis Block". Classically, the southern limit of this block with the Caribbean Large Igneous Province (CLIP) was placed at a hypothetical fault line connecting the main E-W fault in the Santa Elena Peninsula (N-Costa Rica) with the Hess Escarpment. However, our study in eastern Nicaragua and northwestern Costa Rica evidences an extensive assemblage of oceanic upper mantle and crustal rocks outcropping between the Chortis/Patuca continental blocks and the CLIP. They comprise collided and accreted exotic terranes of Pacific origin recording a polyphased tectonic history. We distinguish: 1- The MCOT that comprises a Late Triassic to Early Cretaceous puzzle of oceanic crust and arc-derived rocks set in a serpentinite matrix, and 2- The Manzanillo and Nicoya Terranes that are made of Cretaceous plateau-like rocks associated with oceanic sediments older than the CLIP. This study has been focused on the rocks of the MCOT. The MCOT comprises the southern half of the former "Chortis Block" and is defined by 4 comer localities characterized by ultramafic and mafic oceanic rocks of Late Triassic, Jurassic and Early Cretaceous age: 1- The Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2- The El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3- DSDP Legs 67 and 84 (Guatemala fore-arc basin), and 4- The Santa Elena Peridiotite (NW-Costa Rica). The Siuna Serpentinite Mélange (SSM) is a HP/LT subduction zone mélange set in a serpentinite matrix that contains oceanic crust and arc-related greenschist to blueschist/eclogite facies metamafic and metasedimentary blocks. Middle Jurassic (Bajocian-Bathonian) radiolarites are found in original sedimentary contact with arc-derived greenstones. Late Jurassic black detrital chert possibly formed in a marginal (fore-arc?) basin shortly before subduction. A phengite 40Ar/39Ar -cooling age dates the exhumation of the high pressure rocks as 139 Ma. The El Castillo Mélange (ECM) is composed of serpentinite matrix with OIB metabasalts and Late Triassic (Rhaetian) red and green radiolarite blocks. Recent studies of the DSDP Legs 67/84 show that the Guatemala/Nicaragua fore-arc basin is composed of a pile of ultramafic, mafic (OIB-like) and arc related rocks with ages ranging from Late Triassic to Campanian. Finally, the Santa Elena peridiotites that mark the limit of the MCOT with the Manzanillo/Nicoya Terranes and correspond to an association of ultramafic rocks that comprise peridiotites, dunites and chromites of abyssal and fore-arc origin. The SSM is the result of a collision between a Middle Jurassic island arc and the Patuca Terrane, a fragment of the Western N-American active continental margin. The Siuna Mélange (SSM) and the South Montagna Mélange share common characteristics with the Pacific N-American suture zone (E-Franciscan and Vizcaino mélanges), in particular, the Mesozoic ages of HP/LT metamorphic and the arc-derived blocks. For us, these mélanges imply an originally continuous, but slightly diachronous suture that affected the entire W-American active margin. It may imply the arrival and collision of an exotic intraoceanic arc (Guerrero-Phoenix) related to the origin of the Pacific Plate that initiated as a back arc basin of this arc. The present disposition of the fragments of this suture zone is the result of a northward shift of the active left-lateral strike slip motion between the N-American and the Caribbean Plates. Résumé Le coin nord-ouest de la Plaque Caraïbe moderne se trouve en Amérique Centrale, entre le sud du Guatemala et le nord du Costa Rica. Cette région est composée d'un puzzle de terrains océaniques et continentaux dont les origines se situent sur la façade pacifique de l'Amérique du Nord. Au sud de la faille de Motagua, la limite septentrionale actuelle, décrochante, de la Plaque Caraïbe, se trouvent 3 copeaux continentaux (Copàn, Chortis s. str. et Patuca) coincés entre deux zones de suture complexes à roches mafiques et ultramafiques qui ont subi un métamorphisme de haute pression/basse température (HP/LT). Il s'agit des Mélanges de Motagua au nord, largement étudiés ces dernières années, et du Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT), récemment défini par nous, au sud. En vue de l'absence de données géologiques modernes concernant les terrains océaniques qui se trouvent dans la partie sud du "Chortis Block" considérée comme continentale, nous avons dédié cette étude à cette région. Classiquement, la limite méridionale entre le "Chortis Block" et la "Caribbean Large Igneous Province" (CLIP) a été associée à une faille hypothétique reliant la faille E-W de Santa Elena (nord du Costa Rica) à l'Escarpement de Hess. Notre étude au Nicaragua oriental et au Costa Rica nord-occidental a révélé l'existence de larges terrains composés d'assemblages de roches mantéliques et océaniques qui se placent entre les blocs continentaux Chortis/Patuca et le CLIP. Ces assemblages révèlent des terrains collisionnés et accrétés d'origine pacifique enregistrant une histoire tectonique polyphasée. Nous distinguons: 1- Le MCOT, un puzzle de roches océaniques d'arc d'âge Triassique supérieur au Crétacée inférieur, 2- Les terrains de Manzanillo et de Nicoya, des morceaux de plateaux océaniques associés à des sédiments océaniques plus âgés que le CLIP. Cette étude se focalisera sur les roches du MCOT. Le MCOT occupe la moitié sud de l'ancien "Chortis Block" et peut se définir par 4 localités de référence qui montrent des roches mafiques et ultramafiques océaniques d'âges compris entre le Trias supérieur et le Crétacée inférieur. 1- Le Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2- Le El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3- Le DSDP Legs 67/84 (Guatemala fore-arc basin) et 4- La Santa Elena Peridiotite (nord-ouest du Costa Rica). Le Siuna Serpentinite Mélange (SSM) est un mélange de subduction HP/BT dans une matrice de serpentinite. On y trouve des éléments de croûte océanique et d'arc insulaire en faciès de schistes verts et schistes bleus. Des radiolarites du Jurassique moyen se trouvent en contact sédimentaire sur des roches vertes d'arc. En revanche, des cherts noirs détritiques datent du Jurassique supérieur et sont probablement issus d'un bassin marginal (fore-arc ?) peu avant leur subduction, car un âge 40Ar/39Ar de refroidissement des phengites date l'exhumation des roches de haute pression à 139 Ma. Le Mélange d'El Castillo (ECM) est constitué d'une matrice serpentinitique et contient des blocs de metabasaltes OIB et des blocs de radiolarites du Trias terminal. Des études récentes ont repris les roches forées lors des DSDP Legs 67 et 84 et montrent que le soubassement du bassin d'avant-arc du Guatemala-Nicaragua est composé de roches ultramafiques et mafiques (OIB et arc), dont les âges isotopiques vont du Trias au Crétacé supérieur. Finalement, les péridiotites de Santa Elena forment la limite sud du MCOT par rapport aux terrains de Manzanillo et Nicoya. Elles contiennent des serpentinites et localement des dunites et chromites à affinité abyssale et de fore-arc. Le SSM témoigne d'une collision entre un arc insulaire d'âge Jurassique moyen et le Patuca Terrane, un fragment de la marge active nord-américaine. Le SSM et le South Motagua Mélange ont des caractéristiques en commun avec les zones de suture de la façade pacifique de l'Amérique du nord (E-Franciscan et Vizcaino mélanges), notamment les âges Mésozoïques du métamorphisme HP/BT et les blocs de roches d'arc. Ce fait nous conduit à penser qu'il s'agit d'une grande zone de suture qui était à l'origine continue sur toute la marge ouest-américaine, mais légèrement diachrone. Cette suture implique l'arrivée et la collision d'un arc intraocéanique exotique (Guerrero-Phoenix) qui est à l'origine de la Plaque Pacifique qui s'ouvrait en back arc par rapport à celui-ci. La disposition actuelle des fragments de cette suture est due à la migration vers le nord du décrochement actif senestre entre la Plaque nord-américaine et la Plaque Caraïbe. K. Flores, 2009 Mesozoic oceanic terranes of southern central America Résumé Grand Public La présente thèse est le résultat de travaux de terrain effectués de 2005 à 2008 au nord-est et au sud du Nicaragua et au nord du Costa Rica, en Amérique Centrale, des analyses pétrologiques et géochimiques en laboratoire ainsi que de la modélisation de l'évolution géodynamique. La région étudiée se situe en bordure nord - ouest de la Plaque Caraïbe moderne. Dans la majorité des publications récentes cette région est représentée comme un vaste bloc continental (le "Bloc Chortis") qui serait limité, (i) au nord, par la faille décrochante de Motagua, la limite actuelle entre la Plaque Nord-Américaine et la Plaque Caraïbe, et (ii) au sud, par une suture hypothétique qui se trouverait aux confins entre le Nicaragua et le Costa Rica. La région du Costa Rica a été considérée presque entièrement comme une partie du Plateau Caraïbe ("Caribbean Large Igneous Province" (CLIP)). L'étude détaillée des affleurements nous a permis de mettre en évidence : - Au nord-est du Nicaragua (Siuna) : Des roches océaniques datées du Jurassique moyen, grâce aux faunes à radiolaires qui ont été extraites des radiolarites rouges. Ces roches ont subi un métamorphisme de haute pression typique des zones de collision. L'étude radio-isotopique Ar/Ar a permis de dater la collision du Crétacé basal (139 Ma). - Au sud du Nicaragua : Des roches océaniques d'âge Trias terminal (200 millions d'années), également datées à l'aide de faunes à radiolaires. Il s'agit actuellement des roches océaniques les plus anciennes connues de l'Amérique Centrale. - L'étude géochimique et les âges des fossiles démontrent que le tiers septentrional du Costa Rica possède un soubassement construit d'au moins deux terrains (Nicoya et Manzanillo), qui ont des caractéristiques de Plateau océanique (Nicoya) et d'arc volcanique du Crétacé moyen (Manzanillo). Ces deux terrains sont plus anciens que le CLIP. En conclusion, nous constatons que la région étudiée est constituée d'un puzzle de 3 blocs continentaux et d'un vaste terrain océanique composite que nous appelons Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT). En plus, nous définissons les terrains de Nicoya et de Manzanillo comme plus âgés et distincts du CLIP. Le MCOT est caractérisé par la présence de roches du manteau supérieur (les serpentinites) et de la croûte océanique, ainsi que des morceaux d'arcs, d'âge allant du Trias supérieur au Crétacé. Ce terrain est comparable à d'autres zones de suture de la façade pacifique de l'Amérique du nord, notamment en ce qui concerne les âges Mésozoïques, le métamorphisme de haute pression et l'association de roches mantéliques et crustales océaniques. Ce fait nous conduit à penser qu'il s'agit d'une grande zone de suture qui était à l'origine continue sur toute la marge ouest-américaine. Cette suture implique l'arrivée et la collision d'un arc infra-océanique exotique qui serait à l'origine de la Plaque Pacifique qui se serait ouverte en bassin d'arrière arc par rapport à celui-ci. La disposition actuelle des fragments de cette suture est due à la migration vers le nord du décrochement actif senestre entre la Plaque nord-américaine et la Plaque Caraïbe.

The thermal circuits of the Argentera Massif (western Alps, Italy): An example of low-enthalpy geothermal resources controlled by Neogene alpine tectonics

This work presents geochemistry and structural geology data concerning the low enthalpy geothermal circuits of the Argentera crystalline Massif in northwestern Italian Alps. I n this area some thermal springs (50-60 degreesC), located in the small Bagni di Vinadio village, discharge mixtures made up of a Na-Cl end-member and a Na-SO4 component. The latter is also discharged by the thermal springs of Terme di Valdieri located some kilometres apart within the same tectonic complex. Both end-members share the same meteoric origin and the same reservoir temperature, which is close to 150 degreesC. Explanations are thus required to understand how they reach the surface and how waters of the same origin and circulating in similar rocks can attain such different compositions. Sodium-sulphate waters discharged at both sites, likely represent the common interaction product of meteoric waters with the widespread granitic-migmatitic rocks of the Argentera Massif, whereas Na-CI waters originate through leaching of mineralised cataclastic rocks, which are rich in phyllosilicatic minerals and fluid inclusions, both acting as Cl- sources. Due to the relatively low inferred geothermal gradient of the region, -25C/km, meteoric waters have to descend to depths of 5.5-6 km to attain temperatures of similar to 150 degreesC. These relevant depths can be reached by descending meteoric waters, due to the recent extensional stress field, which allows the development of geothermal circulations at greater depths than in other sectors of the Alps by favouring a greater fractures aperture. The ascent of the thermal waters rakes place along brittle shear zones. In both sites, the thermal waters emerge at the bottoms of the valleys, close to either the lateral termination of a brittle shear zone at Terme di Valdieri, or a step-over between two en-echelon brittle shear zones at Bagni di Vinadio. These observations attest to a strong control operated on the location of outlet regions by both brittle tectonics and the minima in hydraulic potential inside the fractured massif.

Bayesian Markov-chain-Monte-Carlo inversion of time-lapse cross hole ground-penetrating radar data to characterize the vadose zone at the Arrenaes field site, Denmark

The ground-penetrating radar (GPR) geophysical method has the potential to provide valuable information on the hydraulic properties of the vadose zone because of its strong sensitivity to soil water content. In particular, recent evidence has suggested that the stochastic inversion of crosshole GPR traveltime data can allow for a significant reduction in uncertainty regarding subsurface van Genuchten-Mualem (VGM) parameters. Much of the previous work on the stochastic estimation of VGM parameters from crosshole GPR data has considered the case of steady-state infiltration conditions, which represent only a small fraction of practically relevant scenarios. We explored in detail the dynamic infiltration case, specifically examining to what extent time-lapse crosshole GPR traveltimes, measured during a forced infiltration experiment at the Arreneas field site in Denmark, could help to quantify VGM parameters and their uncertainties in a layered medium, as well as the corresponding soil hydraulic properties. We used a Bayesian Markov-chain-Monte-Carlo inversion approach. We first explored the advantages and limitations of this approach with regard to a realistic synthetic example before applying it to field measurements. In our analysis, we also considered different degrees of prior information. Our findings indicate that the stochastic inversion of the time-lapse GPR data does indeed allow for a substantial refinement in the inferred posterior VGM parameter distributions compared with the corresponding priors, which in turn significantly improves knowledge of soil hydraulic properties. Overall, the results obtained clearly demonstrate the value of the information contained in time-lapse GPR data for characterizing vadose zone dynamics.