Accessory phases as a tool to investigate magmatic underplating in polymetamorphic metasediments : an example from a fossil lower crust : Ivrea Verbano zne, NW Italy

The Ivrea and the Strona-Ceneri zones, NW italy and S Switzerland, offer the possibility to study the continental crust of the Southern Alps. Because of its high metamorphic degree and the abundant Permo- Carboniferous mafic intrusions, the Ivrea Zone is classically interpreted an exposed section trough the Permian lower crust. The present work is focused here on metasedimentary slices (septa) intercalated within Permian gabbro (mafic complex). In particular I studied the evolution of accessory phases such as rutile and zircon and the chemistry of the metasediments. The septa build an irregular and discontinuous band that cut obliquely the mafic complex from its deepest part (N) to its roof (S). The chemistry of the metasediments evolves along the band and the chemical evolution can be compared with that observed in the country-rock surrounding the mafic intrusion to the NE and overprinted by a main regional metamorphic event. This suggests that the degree of chemical depletion of the septa was mainly established during the same regional metamorphic event. Moreover it suggests that incorporation of the septa within the gabbro did not modify their original stratigraphie distribution within the crust. It implies that the mafic complex has been emplaced following a dynamic substantially different from the classic model of « gabbro glacier » (Quick et al., 1992; Quick et al., 1994). It is more likely that it has been emplaced by repeated injections of sills at different depths during a protracted period of time. Zircon trace elements and U-Pb ages suggest that regional metamorphism occurred 330-320Ma, the first sills in the deepest part of the Mafic Complex are injected at ~300Ma, the mafic magmas reached higher levels in the crust at 285Ma and the magmatic activity continued locally until 275Ma. The ages of detrital cores in zircons fix the maximal sedimentation age at ~370Ma, this age corresponds therefore with the maximal age of the incorporation of the Ivrea zone within the lower crust. I propose that the Ivrea zone has been accreted to the lower crust during the Hercynian orogeny sensu lato. The analysis of detrital ages suggests that the source terrains for the Ivrea zone and those for the Strona-Ceneri zone have a completely different Palaeozoic history. The systematic analysis of rutile in partially molten metasediments of the Ivrea zone reveals the occurrence of two generations. The two generations are characterized by a different chemistry and textural distribution. A first generation is formed during pro-grade metamorphism in the restitic counterpart. The second generation is formed in the melts during cooling at the same time that part of the first generation re-equilibrate. Re-equilibration of the first generation seems to be spatially controlled by the presence of fluids. Locally the second generation forms overgrowths on the first generation. Considered the different diffusivity of U and Pb in rutile, U heterogeneities have important implication for U-Pb dating of rutile. ID-TIMS and LA-ICPMS dating coupled with a careful textural investigation (SEM) suggest that rutile grains are characterized by multiple path along which Pb diffusion can occur: volume diffusion is an important process, but intragrain and subgrain boundaries provide additional high diffusivity pathways for Pb escape and reduce drastically the effective diffusion length. -- La zone d'Ivrea et la zone de Strona-Ceneri, en Italie nord-occidentale et Suisse méridionale, offrent la possibilité d'étudier la croûte continentale des Alpes du Sud. En raison du haut degré métamorphique et l'abondance d'intrusions mafiques d'âge Permo-Carbonifère [complexe mafique), la zone d'Ivrea est interprétée classiquement comme de la croûte inférieure permienne. Ce travail ce concentre sur des bandes metasédimentaires (septa) incorporées dans les magmas mafiques lors de l'intrusion. Les septa forment une bande irrégulière qui coupe obliquement le complexe mafique du bas (N) vers le haut (S). La chimie des septa évolue du bas vers le haut et l'évolution chimique se rapproche de l'évolution observé dans la roche encaissante l'intrusion affecté par un événement métamorphique régionale. Cette relation suggère que le degré d'appauvrissement chimique des septa a été établit principalement lors de l'événement métamorphique régional. De plus l'incorporation dans les gabbros n'a pas perturbée la distribution stratigraphique originelle des septa. Ces deux observations impliquent que le métamorphisme dans la roche encaissante précède la mise en place du gabbro et que cette dernière ne se fait pas selon le modèle classique (« gabbro glacier » de Quick et al., 1992, 1994), mais se fait plutôt par injections répétées de sills a différentes profondeurs. Les âges U-Pb et les éléments traces des zircons suggèrent que le métamorphisme régionale a eu lieu 330-320Ma, alors que les premiers sills dans la partie profonde du Mafic Complex s'injectent à ~300Ma, le magmatisme mafique atteigne des niveaux supérieurs à 285Ma et continue localement jusqu'à 270Ma. Les âges des coeurs détritiques des zircons permettent de fixer l'âge maximale de sédimentation à ~370Ma ce qui correspond donc à l'âge maximale de l'incorporation de la zone d'Ivrea dans la croûte inférieur. L'analyse systématique des rutiles, nous a permit de montrer l'existence de plusieurs générations qui ont une répartition texturale et une chimie différente. Une génération se forme lors de l'événement UHT dans les restites, une autre génération se forme dans les liquides lors du refroidissement, au même temps qu'une partie de la première génération se rééquilibre au niveau du Zr. Localement la deuxième génération peut former des surcroissances autour de la première génération. Dans ces cas, des fortes différences en uranium entre les deux générations ont des importantes implications pour la datation U-Pb sur rutile. Classiquement les ratios Pb/U dans le rutile sont interprétés comme indiquant l'âges du refroidissement du minéral sous une température à la quelle la diffusion du Pb dans le minéral n'est plus détectable et la diffusion à plus hautes températures est assumée se faire par «volume diffusion» dans le grain (Mezger et al., 1989). Par des datations ID-TIMS (sur grain entier) et LA-ICPMS (in-situ) et une analyse texturale (MEB) approfondie nous montrons que cette supposition est trop simpliste et que le rutile est repartie en sous-domaines. Chacun de ces domaines a ça propre longueur ou chemin de diffusion spécifique. Nous proposons donc une nouvelle approche plus cohérente pour l'interprétation des âges U-Pb sur rutile.

Facies, depositional environment, and palaeoecology of the Middle Triassic Cassina Beds (Meride Limestone, Monte San Giorgio, Switzerland).

The Ladinian Cassina beds belong to the fossiliferous levels of the world-famous Middle Triassic Monte San Giorgio Lagerstatte (UNESCO World Heritage List, Canton Ticino, Southern Alps). Although they are a rich archive for the depositional environment of an important thanatocoenosis, previous excavations focused on vertebrates and particularly on marine reptiles. In 2006, the Museo Cantonale di Storia Naturale (Lugano) started a new research project focusing for the first time on microfacies, micropalaeontological, palaeoecological and taphonomic analyses. So far, the upper third of the sequence has been excavated on a surface of around 40 m(2), and these new data complete those derived from new vertebrate finds (mainly fishes belonging to Saurichthys, Archaeosemionotus, Eosemionotus and Peltopleurus), allowing a better characterization of the basin. Background sedimentation on an anoxic to episodically suboxic seafloor resulted in a finely laminated succession of black shales and limestones, bearing a quasi-anaerobic biofacies, which is characterized by a monotypic benthic foraminiferal meiofauna and has been documented for the first time from the whole Monte San Giorgio sequence. Event deposition, testified by turbidites and volcaniclastic layers, is related to sediment input from basin margins and to distant volcanic eruptions, respectively. Fossil nekton points to an environment with only limited connection to the open sea. Terrestrial macroflora remains document the presence of emerged areas covered with vegetation and probably located relatively far away. Proliferation of benthic microbial mats is inferred on the basis of microfabrics, ecological considerations and taphonomic (both biostratinomic and diagenetic) features of the new vertebrate finds, whose excellent preservation is ascribed to sealing by biofilms. The occurrence of allochthonous elements allows an insight into the shallow-waters of the adjoining time-equivalent Salvatore platform. Finally, the available biostratigraphic data are critically reviewed.

Biogeographic origin and radiation of the Old World crocidurine shrews (Mammalia: Soricidae) inferred from mitochondrial and nuclear genes.

The crocidurine shrews include the most speciose genus of mammals, Crocidura. The origin and evolution of their radiation is, however, poorly understood because of very scant fossil records and a rather conservative external morphology between species. Here, we use an alignment of 3560 base pairs of mitochondrial and nuclear DNA to generate a phylogenetic hypothesis for the evolution of Old World shrews of the subfamily Crocidurinae. These molecular data confirm the monophyly of the speciose African and Eurasian Crocidura, which also includes the fossorial, monotypic genus Diplomesodon. The phylogenetic reconstructions give further credit to a paraphyletic position of Suncus shrews, which are placed into at least two independent clades (one in Africa and sister to Sylvisorex and one in Eurasia), at the base of the Crocidura radiation. Therefore, we recommend restricting the genus Suncus to the Palaearctic and Oriental taxa, and to consider all the African Suncus as Sylvisorex. Using molecular dating and biogeographic reconstruction analyses, we suggest a Palaearctic-Oriental origin for Crocidura dating back to the Upper Miocene (6.8 million years ago) and several subsequent colonisations of the Afrotropical region by independent lineages of Crocidura.

Les symbioses agro-industrielles en Afrique de l'Ouest : évaluation du potentiel d'une nouvelle stratégie pour un développement durable

RésuméCette thèse traite de l'utilisation des concepts de Symbiose Industrielle dans les pays en développement et étudie le potentiel de cette stratégie pour stimuler un développement régional durable dans les zones rurales d'Afrique de l'Ouest. En particulier, lorsqu'une Symbiose Industrielle est instaurée entre une usine et sa population alentour, des outils d'évaluation sont nécessaires pour garantir que le projet permette d'atteindre un réel développement durable. Les outils existants, développés dans les pays industrialisés, ne sont cependant pas complètement adaptés pour l'évaluation de projets dans les pays en développement. En effet, les outils sont porteurs d'hypothèses implicites propres au contexte socio-économique dans lequel ils ont été conçus.L'objectif de cette thèse est de développer un cadre méthodologique pour l'évaluation de la durabilité de projets de Symbiose Industrielle dans les pays en développement.Pour ce faire, je m'appuie sur une étude de cas de la mise en place d'une Symbiose Industrielle au nord du Nigéria, à laquelle j'ai participé en tant qu'observatrice dès 2007. AshakaCem, une usine productrice de ciment du groupe Lafarge, doit faire face à de nombreuses tensions avec la population rurale alentour. L'entreprise a donc décidé d'adopter une nouvelle méthode inspirée des concepts de Symbiose Industrielle. Le projet consiste à remplacer jusqu'à 10% du carburant fossile utilisé pour la cuisson de la matière crue (calcaire et additifs) par de la biomasse produite par les paysans locaux. Pour ne pas compromettre la fragile sécurité alimentaire régionale, des techniques de lutte contre l'érosion et de fertilisation naturelle des sols sont enseignées aux paysans, qui peuvent ainsi utiliser la culture de biomasse pour améliorer leurs cultures vivrières. A travers cette Symbiose Industrielle, l'entreprise poursuit des objectifs sociaux (poser les bases nécessaires à un développement régional), mais également environnementaux (réduire ses émissions de CO2 globales) et économiques (réduire ses coûts énergétiques). Elle s'ancre ainsi dans une perspective de développement durable qui est conditionnelle à la réalisation du projet.A travers l'observation de cette Symbiose et par la connaissance des outils existants je constate qu'une évaluation de la durabilité de projets dans les pays en développement nécessite l'utilisation de critères d'évaluation propres à chaque projet. En effet, dans ce contexte, l'emploi de critères génériques apporte une évaluation trop éloignée des besoins et de la réalité locale. C'est pourquoi, en m'inspirant des outils internationalement reconnus comme l'Analyse du Cycle de Vie ou la Global Reporting Initiative, je définis dans cette thèse un cadre méthodologique qui peut, lui, être identique pour tous les projets. Cette stratégie suit six étapes, qui se réalisent de manière itérative pour permettre une auto¬amélioration de la méthodologie d'évaluation et du projet lui-même. Au cours de ces étapes, les besoins et objectifs en termes sociaux, économiques et environnementaux des différents acteurs sont déterminés, puis regroupés, hiérarchisés et formulés sous forme de critères à évaluer. Des indicateurs quantitatifs ou qualitatifs sont ensuite définis pour chacun de ces critères. Une des spécificités de cette stratégie est de définir une échelle d'évaluation en cinq graduations, identique pour chaque indicateur, témoignant d'un objectif totalement atteint (++) ou pas du tout atteint (--).L'application de ce cadre méthodologique à la Symbiose nigériane a permis de déterminer quatre critères économiques, quatre critères socio-économiques et six critères environnementaux à évaluer. Pour les caractériser, 22 indicateurs ont été définis. L'évaluation de ces indicateurs a permis de montrer que le projet élaboré atteint les objectifs de durabilité fixés pour la majorité des critères. Quatre indicateurs ont un résultat neutre (0), et un cinquième montre qu'un critère n'est pas atteint (--). Ces résultats s'expliquent par le fait que le projet n'en est encore qu'à sa phase pilote et n'a donc pas encore atteint la taille et la diffusion optimales. Un suivi sur plusieurs années permettra de garantir que ces manques seront comblés.Le cadre méthodologique que j'ai développé dans cette thèse est un outil d'évaluation participatif qui pourra être utilisé dans un contexte plus large que celui des pays en développement. Son caractère générique en fait un très bon outil pour la définition de critères et indicateurs de suivi de projet en terme de développement durable.SummaryThis thesis examines the use of industrial symbiosis in developing countries and studies its potential to stimulate sustainable regional development in rural areas across Western Africa. In particular, when industrial symbiosis is instituted between a factory and the surrounding population, evaluation tools are required to ensure the project achieves truly sustainable development. Existing tools developed in industrialized countries are not entirely suited to assessing projects in developing countries. Indeed, the implicit hypotheses behind such tools reflect the socioeconomic context in which they were designed. The goal of this thesis is to develop a methodological framework for evaluating the sustainability of industrial symbiosis projects in developing countries.To accomplish this, I followed a case study about the implementation of industrial symbiosis in northern Nigeria by participating as an observer since 2007. AshakaCem, a cement works of Lafarge group, must confront many issues associated with violence committed by the local rural population. Thus, the company decided to adopt a new approach inspired by the concepts of industrial symbiosis.The project involves replacing up to 10% of the fossil fuel used to heat limestone with biomass produced by local farmers. To avoid jeopardizing the fragile security of regional food supplies, farmers are taught ways to combat erosion and naturally fertilize the soil. They can then use biomass cultivation to improve their subsistence crops. Through this industrial symbiosis, AshakaCem follows social objectives (to lay the necessary foundations for regional development), but also environmental ones (to reduce its overall CO2 emissions) and economical ones (to reduce its energy costs). The company is firmly rooted in a view of sustainable development that is conditional upon the project's execution.By observing this symbiosis and by being familiar with existing tools, I note that assessing the sustainability of projects in developing countries requires using evaluation criteria that are specific to each project. Indeed, using generic criteria results in an assessment that is too far removed from what is needed and from the local reality. Thus, by drawing inspiration from such internationally known tools as Life Cycle Analysis and the Global Reporting Initiative, I define a generic methodological framework for the participative establishment of an evaluation methodology specific to each project.The strategy follows six phases that are fulfilled iteratively so as to improve the evaluation methodology and the project itself as it moves forward. During these phases, the social, economic, and environmental needs and objectives of the stakeholders are identified, grouped, ranked, and expressed as criteria for evaluation. Quantitative or qualitative indicators are then defined for each of these criteria. One of the characteristics of this strategy is to define a five-point evaluation scale, the same for each indicator, to reflect a goal that was completely reached (++) or not reached at all (--).Applying the methodological framework to the Nigerian symbiosis yielded four economic criteria, four socioeconomic criteria, and six environmental criteria to assess. A total of 22 indicators were defined to characterize the criteria. Evaluating these indicators made it possible to show that the project meets the sustainability goals set for the majority of criteria. Four indicators had a neutral result (0); a fifth showed that one criterion had not been met (--). These results can be explained by the fact that the project is still only in its pilot phase and, therefore, still has not reached its optimum size and scope. Following up over several years will make it possible to ensure these gaps will be filled.The methodological framework presented in this thesis is a highly effective tool that can be used in a broader context than developing countries. Its generic nature makes it a very good tool for defining criteria and follow-up indicators for sustainable development.

Sedimentology, geochemistry and mineralogy of the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM) : sediment records from Egypt, India and Spain

A gradual increase in Earth's surface temperatures marking the transition from the late Paleocene to early Eocene (55.8±0.2Ma), represents an extraordinary warming event known as Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). Both marine and continental sedimentary records during this period reveal evidences for the massive injection of isotopically light carbon. The carbon dioxide injection from multiple potential sources may have triggered the global warming. The importance of the PETM studies is due to the fact that the PETM bears some striking resemblances to the human-caused climate change unfolding today. Most notably, the culprit behind it was a massive injection of heat-trapping greenhouse gases into the atmosphere and oceans, comparable in volume to what our persistent burning of fossil fuels could deliver in coming centuries. The exact knowledge of what went on during the PETM could help us to foresee the future climate change. The response of the oceanic and continental environments to the PETM is different. Many factors might control the response of the environments to the PETM such as paleogeography, paleotopography, paleoenvironment, and paleodepth. To better understand the mechanisms triggering PETM events, two different environments were studied: 1) shallow marine to inner shelf environment (Wadi Nukhul, Sinai; and the Dababiya GSSP, Luxor, Egypt), and 2) terrestrial environments (northwestern India lignite mines) representing wetland, and fluvial environments (Esplugafreda, Spain) both highlighting the climatic changes observed in continental conditions. In the marine realm, the PETM is characterized by negative ö13Ccar and ô13Corg excursions and shifts in Ô15N to ~0%o values above the P/E boundary and persisting along the interval suggesting a bloom and high production of atmospheric N2-fixers. Decrease in carbonate contents could be due to dissolution and/or dilution by increasing detrital input. High Ti, K and Zr and decreased Si contents at the P/E boundary indicate high weathering index (CIA), which coincides with significant kaolinite input and suggests intense chemical weathering under humid conditions at the beginning of the PETM. Two anoxic intervals are observed along the PETM. The lower one may be linked to methane released from the continental shelf with no change in the redox proxies, where the upper anoxic to euxinic conditions are revealed by increasing U, Mo, V, Fe and the presence of small size pyrite framboids (2-5fim). Productivity sensitive elements (Cu, Ni, and Cd) show their maximum concentrated within the upper anoxic interval suggesting high productivity in surface water. The obtained data highlight that intense weathering and subsequent nutrient inputs are crucial parameters in the chain of the PETM events, triggering productivity during the recovery phase. In the terrestrial environments, the establishment of wetland conditions and consequence continental climatic shift towards more humid conditions led to migration of modern mammals northward following the extension of the tropical belts. Relative ages of this mammal event based on bio-chemo- and paleomagnetic stratigraphy support a migration path originating from Asia into Europe and North America, followed by later migration from Asia into India and suggests a barrier to migration that is likely linked to the timing of the India-Asia collision. In contrast, at Esplugafereda, northeastern Spain, the terrestrial environment reacted differently. Two significant S13C shifts with the lower one linked to the PETM and the upper corresponding to the Early Eocene Thermal Maximum (ETM2); 180/160 paleothermometry performed on two different soil carbonate nodule reveal a temperature increase of around 8°C during the PETM. The prominent increase in kaolinite content within the PETM is linked to increased runoff and/or weathering of adjacent and coeval soils. These results demonstrate that the PETM coincides globally with extreme climatic fluctuations and that terrestrial environments are very likely to record such climatic changes. - La transition Paléocène-Eocène (55,8±0,2 Ma) est marquée par un réchauffement extraordinaire communément appelé « Paleocene-Eocene Thermal Maximum » (PETM). Les données géochimiques caractérisant les sédiments marins et continentaux de cette période indiquent que ce réchauffement a été déclenché par une augmentation massive de CO2 lié à la déstabilisation des hydrates de méthane stockés le long des marges océaniques. L'étude des événements PETM constitue donc un bon analogue avec le réchauffement actuel. Le volume de CO2 émis durant le PETM est comparable avec le CO2 lié à l'activité actuelle humaine. La compréhension des causes du réchauffement du PETM peut être cruciale pour prévoir et évaluer les conséquences du réchauffement anthropogénique, en particulier les répercussions d'un tel réchauffement sur les domaines continentaux et océaniques. De nombreux facteurs entrent en ligne de compte dans le cas du PETM, tels que la paléogéographie, la paléotopographie et les paléoenvironnement. Pour mieux comprendre les réponses environnementales aux événements du PETM, 2 types d'environnements ont été choisis : (1) le domaine marin ouvert mais relativement peu profond (Wadi Nukhul. Sinai, Dababiya, Luxor, Egypte), (2) le milieu continental marécageux humide (mines de lignite, Inde) et fluviatile, semi-aride (Esplugafreda, Pyrénées espagnoles). Dans le domaine marin, le PETM est caractérisé par des excursions négatives du ô13Ccar et ô13Corg et un shift persistant des valeurs de 815N à ~ 0 %o indiquant une forte activité des organismes (bactéries) fixant l'azote. La diminution des carbonates observée durant le PETM peut-être due à des phénomènes de dissolution ou une augmentation des apports terrigènes. Des taux élevés en Ti, K et Zr et une diminution des montants de Si, reflétés par des valeurs des indices d'altération (CIA) qui coïncident avec une augmentation significative des apports de kaolinite impliquent une altération chimique accrue, du fait de conditions plus humides au début du PETM. Deux événements anoxiques globaux ont été mis en évidence durant le PETM. Le premier, situé dans la partie inférieur du PETM, serait lié à la libération des hydrates de méthane stockés le long des talus continentaux et ne correspond pas à des variations significatives des éléments sensibles aux changements de conditions redox. Le second est caractérisé par une augmentation des éléments U, Mo, V et Fe et la présence de petit framboids de pyrite dont la taille varie entre 2 et 5pm. Le second épisode anoxique est caractérisé par une forte augmentation des éléments sensibles aux changements de la productivité (Cu, Ni et Co), indiquant une augmentation de la productivité dans les eaux de surface. Les données obtenues mettent en évidence le rôle crucial joué par l'altération et les apports en nutriments qui en découlent. Ces paramètres sont cruciaux pour la succession des événements qui ont conduit au PETM, et plus particulièrement l'augmentation de la productivité dans la phase de récupération. Durant le PETM, le milieu continental est caractérisé par l'établissement de conditions humides qui ont facilité voir provoqué la migration des mammifères modernes qui ont suivi le déplacement de ces ceintures climatiques. L'âge de cette migration est basé sur des arguments chimiostratigraphiques (isotopes stables), biostratigraphiques et paléomagnétiques. Les données bibliographiques ainsi que celles que nous avons récoltées en Inde, montrent que les mammifères modernes ont d'abord migré depuis l'Asie vers l'Europe, puis dans le continent Nord américain. Ces derniers ne sont arrivés en Inde que plus tardivement, suggérant que le temps de leur migration est lié à la collision Inde-Asie. Dans le Nord-Est de l'Espagne (Esplugafreda), la réponse du milieu continental aux événements PETM est assez différente. Comme en Inde, deux excursions signicatives en ô13C ont été observées. La première correspond au PETM et la seconde est corrélée avec l'optimum thermique de l'Eocène précoce (ETM2). Les isotopes stables de l'oxygène mesurés 2 différents types de nodules calcaires provenant de paléosols suggère une augmentation de 10°C pendant le PETM. Une augmentation simultanée des taux de kaolinite indique une intensification de l'altération chimique et/ou de l'érosion de sols adjacents. Ces résultats démontrent que le PETM coïncide globalement avec des variations climatiques extrêmes qui sont très aisément reconnaissables dans les dépôts continentaux.

Stable isotope geochemistry and formation mechanisms of quartz veins; Extreme paleoaltitudes of the Central Alps in the Neogene

Quartz veins ranging in size from less than 50 cm length and 5 cm width to greater than 10 m in length and 5 m in width are found throughout the Central Swiss Alps. In some cases, the veins are completely filled with milky quartz, while in others, sometimes spectacular void-filling quartz crystals are found. The style of vein filling and size is controlled by host rock composition and deformation history. Temperatures of vein formation, estimated using stable isotope thermometry and mineral equilibria, cover a range of 450 degrees C down to 150 degrees C. Vein formation started at 18 to 20 Ma and continued for over 10 My. The oxygen isotope values of quartz veins range from 10 to 20 permil, and in almost all cases are equal to those of the hosting lithology. The strongly rock-buffered veins imply a low fluid/rock ratio and minimal fluid flow. In order to explain massive, nearly morromineralic quartz formation without exceptionally large fluid fluxes, a mechanism of differential pressure and silica diffusion, combined with pressure solution, is proposed for early vein formation. Fluid inclusions and hydrous minerals in late-formed veins have extremely low delta D values, consistent with meteoric water infiltration. The change from rock-buffered, static fluid to infiltration from above can be explained in terms of changes in the large-scale deformation style occurring between 20 and 15 Ma. The rapid cooling of the Central Alps identified in previous studies may be explained in part, by infiltration of cold meteoric waters along fracture systems down to depths of 10 km or more. An average water flux of 0.15 cm 3 cm(-2)yr(-1) entering the rock and reemerging heated by 40 degrees C is sufficient to cool rock at 10 km depth by 100 degrees C in 5 million years. The very negative delta D values of < -130 permil for the late stage fluids are well below the annual average values measured in meteoric water in the region today. The low fossil delta D values indicate that the Central Alps were at a higher elevation in the Neogene. Such a conclusion is supported by an earlier work, where a paleoaltitude of 5000 meters was proposed on the basis of large erratic boulders found at low elevations far from their origin.

Oligo-Miocene extensional tectonics and fluid flow across the Northern Snake Range detachment system, Nevada

The Northern Snake Range (Nevada) represents a spectacular example of a metamorphic core complex and exposes a complete section from the mylonitic footwall into the hanging wall of a fossil detachment system. Paired geochronological and stable isotopic data of mylonitic quartzite within the detachment footwall reveal that ductile deformation and infiltration of meteoric fluids occurred between 27 and 23 Ma. Ar-40/Ar-39 ages display complex recrystallization-cooling relationships but decrease systematically from 26.9 +/- 0.2 Ma at the top to 21.3 +/- 0.2 Ma at the bottom of footwall mylonite. Hydrogen isotope (delta D) values in white mica are very low (-150 to -145 %) within the top 80-90 m of detachment footwall, in contrast to values obtained from the deeper part of the section where values range from -77 to -64 %, suggesting that time-integrated interaction between rock and meteoric fluid was restricted to the uppermost part of the mylonitic footwall. Pervasive mica-water hydrogen isotope exchange is difficult to reconcile with models of Ar-40 loss during mylonitization solely by volume diffusion. Rather, we interpret the Ar-40/Ar-39 ages of white mica with low-delta D values to date syn-mylonitic hydrogen and argon isotope exchange, and we conclude that the hydrothermal system of the Northern Snake Range was active during late Oligocene (27-23 Ma) and has been exhumed by the combined effects of ductile strain, extensional detachment faulting, and erosion.

Dynamics of a paleoecosystem reef associated with oceanic change in carbonate sedimentary regime and carbon cycling (Oxfordian, Swiss Jura)

Herein we report an analysis of an Oxfordian (Upper Jurassic) paleoreef located in the Swiss Jura Mountains. The paleoreef is located in a Middle Oxfordian transitional interval in which sedimentation switched from marl-dominated to carbonate-dominated deposits. The paleoecosystem is composed of four successive fossil communities characterized by microsolenid corals and organisms that specialized in suspension feeding. Carbon isotopes measured from echinoid spine carbonates exhibit a positive trend from similar to 1.0 parts per thousand to 2.5 parts per thousand in delta(13)C values from the base to the top of the paleoreef. Comparison of delta(13)C curves with organic matter and belemnites shows different patterns not compatible with a global variation of the carbon cycle. Similar fossil assemblages and stratigraphic sequences identical in age are found along the continental margin of the Tethys-Atlantic Ocean. This biolithostratigraphic succession corresponds to increasing delta(13)C values of marine and biogenic carbonates, to the transition from marl-dominated to carbonate-dominated deposits, and to the development of carbonate platforms, which together suggest a change in the carbon cycling regime within the Tethys-Atlantic Ocean system.

Phylogeny of subtribe Gentianinae (Gentianaceae): biogeographic inferences despite limitations in temporal calibration points

The subtribe Gentianinae comprises ca. 425 species, most of them within the well-studied genus Gentiana and mainly distributed over the Eurasian continent. Phylogenetic relationships between Gentiana and its closest relatives, the climbing gentians (Crawfurdia, Tripterospermum) and the new genus Metagentiana, remain unclear. All three genera were recently found to be polyphyletic, possibly because of poor sampling of Tripterospermum and Crawfurdia. Highest diversity of Gentianinae occurs in the western Himalaya, but the absence of uncontroversial fossil evidence limits our understanding of its biogeography. In the present study, we generated ITS and atpB-rbcL sequences for 19 species of Tripterospermum, 9 of Crawfurdia and 11 of Metagentiana, together representing about 60 percent of the species diversity of these genera. Our results show that only Metagentiana is polyphyletic and divided into three monophyletic entities. No unambiguous synapomorphies were associated with the three Metagentiana entities. Different combinations of three approximate calibration points were used to generate three divergence time estimation scenarios. Although dating hypotheses were mostly inconsistent, they concurred in associating radiation of Gentiana to an orogenic phase of the Himalaya between 15 and 10 million years ago. Our study illustrates the conceptual difficulties in addressing the time frame of diversification in a group lacking sufficient fossil number and quality.

Environmental and biological controls on the geochemistry (δ18O, δ13C, Mg/Ca, and Sr/Ca) of living ostracods from Lake Geneva

ABSTRACT : Ostracods are benthic microcrustaceans enclosed in low-Mg calcite bivalves. Stable isotope compositions, Mg/Ca, and Sr/Ca ratios of ostracod fossil valves have proven useful to reconstruct past environmental conditions. Yet, several discrepancies persist and the influence of many factors remains unclear. It is the aim of this study to improve the use of ostracod valve geochemistry as palaeoenvironmental proxies by examining the extent of isotope fractionation and trace element partitioning during valve calcification. To achieve this, the environmental parameters (pH, temperature) and chemical composition of water (C-and O-isotope composition and calcium, magnesium, and strontium content) were measured at sites where living ostracods were sampled. The sampling was on a monthly basis over the course of one year at five different water depths (2, 5, 13, 33, and 70 m) in Lake Geneva, Switzerland. The one-year sampling enabled collection of environmental data for bottom and interstitial pore water. In littoral to sublittoral zones, C-isotope composition of DIC and the Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water are found to vary concomitantly with water temperature. This is due to the precipitation of calcite, which is induced by higher photosynthetic activity as temperature and/or solar radiation intensify in summer. In deeper zones, environmental parameters remain largely constant throughout the year. Variations of pH, DIC concentrations and C-isotope compositions in interstitial water result from aerobic as well as anaerobic respiration, calcite dissolution and methanogenesis. Bathymetric distribution, life cycles, and habitats were derived for 15 ostracod species and are predominantly related to water temperature and sediment texture. O-isotope compositions of ostracod valves in Lake Geneva reflect that of water and temperature. However, offsets of up to 3 permil are observed in comparison with proposed inorganic calcite precipitation equilibrium composition. Deprotonation of HCO3- and/or salt effect at crystallisation sites may explain the disequilibrium observed for O-isotopic compositions. C-isotope compositions of ostracod valves are not as well constrained and appear to be controlled by a complex interaction between habitat preferences and seasonal as well as spatial variations of the DIC isotope composition. For infaunal forms, C-isotope compositions reflect mainly the variation of DIC isotope composition in interstitial pore waters. For epifaunal forms, C-isotope compositions reflect the seasonal variation of DIC isotope compositions. C-isotope compositions of ostracod valves is at equilibrium with DIC except for a small number of species (L. inopinata, L. sanctipatricii and possibly C. ophtalmica, and I. beauchampi). Trace element uptake differs considerably from species to species. For most epifaunal forms, trace element content follows the seasonal cycle, recording temperature increases and/or variations of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In contrast, infaunal forms are predominantly related to sediment pore water chemistry. RÉSUMÉ EN FRANÇAIS : Les ostracodes sont de petits crustacés benthiques qui possèdent une coquille faite de calcite à faible teneur en magnésium. La composition isotopique et les rapports Mg/Ca et Sr/Ca d'ostracodes fossiles ont été utilisés maintes fois avec succès pour effectuer des reconstructions paléoenvironnementales. Néanmoins, certains désaccords persistent sur l'interprétation de ces données. De plus, l'influence de certains facteurs pouvant biaiser le signal reste encore inconnue. Ainsi, le but de cette étude est de rendre plus performant l'emploi de la composition géochimique des ostracodes comme indicateur paléoenvironnemental. Pour réaliser cela, cinq sites situés dans le Léman à 2, 5, 13, 33 et 70 m de profondeur ont été choisis pour effectuer les échantillonnages. Chaque site a été visité une fois par mois durant une année. Les différents paramètres environnementaux (pH, température) ainsi que la composition géochimique de l'eau (composition isotopique de l'oxygène et du carbone ainsi que teneur en calcium, magnésium et strontium) ont été déterminés pour chaque campagne. Des ostracodes vivants ont été récoltés au cinq sites en même temps que les échantillons d'eau. Ce travail de terrain a permis de caractériser la géochimie de l'eau se trouvant juste au-dessus des sédiments ainsi que celle de l'eau se trouvant dans les interstices du sédiment. Dans les zones littorales à sublittorales, la composition isotopique du carbone inorganique dissout (CID) ainsi que les rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau varient linéairement avec la température. Ceci peut être expliqué par la précipitation de calcite qui est contrôlée par l'activité photosynthétique, variant elle même linéairement avec la température. Dans les zones plus profondes, les paramètres environnementaux restent relativement constants tout au long de l'année. Les variations du pH, de la concentration et de la composition isotopique du CID dans les sédiments résultent de la libération de carbone engendrée par la dégradation de la matière organique avec présence d'oxygène ou via réduction de nitrates et de sulfates, par la dissolution de carbonates, ainsi que par la méthanogenèse. La distribution bathymétrique, le cycle de vie ainsi que l'habitat de 15 espèces ont été déterminés. Ceux-ci sont principalement reliés à la température de l'eau et à la texture des sédiments. La composition isotopique de l'oxygène des valves d'ostracodes reflète celle de l'eau et la température qui régnait lors de la calcification. Néanmoins, des écarts pouvant aller jusqu'à 3 0/00 par rapport à l'équilibre théorique ont été obtenus. La déprotonation de HCO3 ou un 'effet de sel' pourrait être à l'origine du déséquilibre observé. La composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes n'est pas aussi bien cernée. Celle-ci semble être principalement contrôlée par une interaction complexe entre l'habitat des ostracodes et les variations saisonnières et spatiales de la composition isotopique du CID. Pour les espèces endofaunes, la composition isotopique du carbone reflète principalement la variation de la composition isotopique du CID à l'intérieur des sédiments. Pour les formes épifaunes, c'est la variation saisonnière de la composition du CID qui contrôle celle de la coquille des ostracodes. En général, la composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes est en équilibre avec celle de CID, hormis pour quelques rares espèces (L. inopinata, L. sanctipatricii et peut-être C. ophtalmica et I. beauchampi). L'incorporation des éléments traces diffère passablement d'une espèce à l'autre. Pour la plupart des espèces épifaunes, la teneur en éléments traces des coquilles reflète les variations saisonnières. Ces espèces semblent enregistrer les variations soit de la température soit des rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau. La teneur en élément traces des formes infaunales, au contraire, est principalement reliée à la chimie de l'eau interstitielle. RÉSUMÉ GRAND-PUBLIC : La connaissance de l'évolution du climat dans le futur est primordiale pour notre société, car elle permet de développer différentes stratégies pour faire face aux problèmes engendrés pas le changement climatique : stratégies environnementale, humanitaire, ou encore économique. Cette problématique est actuellement, à juste titre, sujet d'une vive préoccupation. La géologie peut-elle contribuer à l'effort communautaire entrepris? Naturellement, ce sont les climatologues qui sont sur le devant de la scène. Il n'empêche que ces derniers, pour pouvoir prédire l'avenir, doivent s'appuyer sur le passé. La géologie est alors d'un grand intérêt car c'est effectivement la seule science qui permette d'estimer les variations climatiques à grande échelle sur de longues périodes. Ainsi, voulant moi-même contribuer aux recherches menées dans ce domaine, je me suis tourné à la fin de mes études vers la paléoclimatologie, science qui a pour but de reconstruire le climat des temps anciens. Nous nous sommes rendu compte que l'évolution climatique de la région où nous habitons n'avait pas encore fait le sujet d'études approfondies. Il est pourtant important de connaître la variation locale des changements climatiques pour obtenir des modèles climatiques fiables. En conséquence, un vaste projet a vu le jour : reconstruire, à l'aide des sédiments du lac Léman, les variations paléoclimatiques et paléo-environnementales depuis le retrait du Glacier de Rhône, il y a environ 15'000 ans, jusqu'à nos jours. Pour ce genre de travail, la géochimie, qui est une forme de chimie, utilisée en science de la terre regroupant la chimie classique et la chimie isotopique, est une alliée particulièrement efficace. Elle permet en effet, via différentes mesures faites sur des archives géologiques (par exemple des fossiles ou des sédiments) d'obtenir des informations, souvent quantitatives, sur les conditions (le climat, la flore ou encore la bio productivité, etc...) qui régnaient il y a fort longtemps. Les coquilles d'ostracodes, qui sont de petits animaux vivant au fond des lacs, sont une des archives les plus prometteuses. Ces animaux sont des petits crustacés s'entourant d'une coquille calcaire qu'ils sécrètent eux-mêmes. A la mort de l'animal, la coquille est intégrée dans les sédiments et reste intacte à travers les âges. Des études ont montré qu'en analysant la géochimie de ces coquilles fossiles, il est possible de reconstruire les conditions environnementales qui régnaient à l'époque de vie de ces fossiles. Cette démarche nécessite qu'une condition bien précise soit remplie: la composition géochimique de la coquille doit enregistrer de manière fidèle la chimie de l'eau et/ou la température de l'eau présentes au moment de la sécrétion de la coquille. Le but spécifique de notre recherche a précisément été d'étudier la façon dont la chimie de l'eau ainsi que sa température sont enregistrées dans la coquillé des ostracodes. Une fois les relations entre ces divers paramètres dans l'étant actuel du système établies, il sera alors possible de les utiliser pour interpréter des données issues de coquilles fossiles. Pour ce faire, nous avons mesuré la température de l'eau de manière continue et récolté mensuellement des échantillons d'eau et des ostracodes vivants pendant une année. Cinq sites situés à 2, 5, 13, 33 et 70 mètres de profondeur ont été choisis pour effectuer ces échantillonnages dans le Léman. Le travail de terrain nous a amené à étudier la biologie de 15 espèces. Nous avons pu établir la profondeur à laquelle vivent ces animaux, leur période de développement ainsi que leur habitat respectifs. Ces résultats ont permis de mieux cerner la relation qu'il existe entre la chimie de l'eau, sa température et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes. Nous avons ainsi pu confirmer que les coquilles d'ostracodes enregistrent de manière fidèle la composition chimique et isotopique de l'eau. De même, nous avons pu établir de manière plus précise l'effet de la température sur la géochimie des coquilles. Néanmoins, les relations trouvées entre ces trois éléments sont plus complexes pour certaines espèces, cette complexité étant souvent liée à un caractère spécifique de leur écologie. Nous avons mis en lumière certains effets qui biaisent les résultats et défini précisément les conditions dans lesquelles on peut s'attendre à avoir des difficultés dans leur interprétation. Maintenant que nous avons établi les relations entre le climat actuel et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes actuels, nous pouvons, sur la base de ce modèle, reconstruire le climat depuis le retrait du Glacier du Rhône jusqu'à nos jours à l'aide d'ostracodes fossiles. Mais cela est une autre histoire et fera, je l'espère, le sujet de nos futures recherches.

The amphioxus genome and the evolution of the chordate karyotype.

Lancelets ('amphioxus') are the modern survivors of an ancient chordate lineage, with a fossil record dating back to the Cambrian period. Here we describe the structure and gene content of the highly polymorphic approximately 520-megabase genome of the Florida lancelet Branchiostoma floridae, and analyse it in the context of chordate evolution. Whole-genome comparisons illuminate the murky relationships among the three chordate groups (tunicates, lancelets and vertebrates), and allow not only reconstruction of the gene complement of the last common chordate ancestor but also partial reconstruction of its genomic organization, as well as a description of two genome-wide duplications and subsequent reorganizations in the vertebrate lineage. These genome-scale events shaped the vertebrate genome and provided additional genetic variation for exploitation during vertebrate evolution.

Reliability of stable carbon and oxygen isotope compositions of pedogenic needle fibre calcite as environmental indicators: examples from Western Europe.

Stable carbon and oxygen isotope analyses were conducted on pedogenic needle fibre calcite (NFC) from seven sites in areas with roughly similar temperate climates in Western Europe, including the Swiss Jura Mountains, eastern and southern France, northern Wales, and north-eastern Spain. The δ(13)C values (-12.5 to-6.8 0/00 Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB)) record the predominant C(3) vegetation cover at the sites. A good correlation was found between mean monthly climatic parameters (air temperature, number of frost days, humidity, and precipitation) and δ(18)O values (-7.8 to-3.40/00 VPDB) of all the NFC. Similar seasonal variations of δ(18)O values for monthly NFC samples from the Swiss sites and those of mean monthly δ(18)O values of local precipitation and meteorological data point out precipitation and preferential growth/or recrystallisation of the pedogenic needle calcite during dry seasons. These covariations indicate the potential of stable isotope compositions of preserved NFC in fossil soil horizons as a promising tool for palaeoenvironmental reconstructions.

Assessing sedimentary evolution by means of Sr-isotope ratios : 3 case studies on the Caribbean plate : (Cretaceous: Nicoya Peninsula, Costa Rica, Tertiary: Hess Rise, and La Désirade, Guadeloupe, France)

The understanding of sedimentary evolution is intimately related to the knowledge of the exact ages of the sediments. When working on carbonate sediments, age dating is commonly based on paleontological observations and established biozonations, which may prove to be relatively imprecise. Dating by means of strontium isotope ratios in marine bioclasts is the probably best method in order to precisely date carbonate successions, provided that the sample reflects original marine geochemical characteristics. This requires a precise study of the samples including its petrography, SEM and cathodoluminescence observations, stable carbon and oxygen isotope geochemistry and finally the strontium isotope measurement itself. On the Nicoya Peninsula (Northwestern Costa Rica) sediments from the Piedras Blancas Formation, Nambi Formation and Quebrada Pavas Formation were dated by the means of strontium isotope ratios measured in Upper Cretaceous Inoceramus shell fragments. Results have shown average 87Sr/86Sr values of 0.707654 (middle late Campanian) for the Piedras Blancas Formation, 0.707322 (Turonian-Coniacian) for the Nambi Formation and 0.707721 (late Campanian-Maastrichtian) for the Quebrada Pavas Formation. Abundant detrital components in the studied formations constitute a difficulty to strontium isotope dating. In fact, the fossil bearing sediments can easily contaminate the target fossil with strontium mobilized form basalts during diagenesis and thus the obtained strontium isotope ratios may be influenced significantly and so will the obtained ages. The new and more precise age assignments allow for more precision in the chronostratigraphic chart of the sedimentary and tectonic evolution of the Nicoya Peninsula, providing a better insight on the evolution of this region. Meteor Cruise M81 dredged shallow water carbonates from the Hess Rise and Hess Escarpment during March 2010. Several of these shallow water carbonates contain abundant Larger Foraminifera that indicates an Eocene-Oligocene age. In this study the strontium isotope values ranging from 0.707847 to 0.708238 can be interpreted as a Rupelian to Chattian age of these sediments. These platform sediments are placed on seamounts, now located at depths reaching 1600 m. Observation of sedimentologic characteristics of these sediments has helped to resolve apparent discrepancies between fossil and strontium isotope ages. Hence, it is possible to show that the subsidence was active during early Miocene times. On La Désirade (Guadeloupe France), the Neogene to Quaternary carbonate cover has been dated by microfossils and some U/Th-ages. Disagreements subsisted in the paleontological ages of the formations. Strontium isotope ratios ranging from 0.709047 to 0.709076 showed the Limestone Table of La Désirade to range from an Early Pliocene to Late Pliocene/early Pleistocene age. A very late Miocene age (87Sr/86Sr =0.709013) can be determined to the Detrital Offshore Limestone. The flat volcanic basement had to be eroded by wave-action during a long-term stable relative sea-level. Sediments of the Table Limestone on La Désirade show both low-stand and high-stand facies that encroach on the igneous basement, implying deposition during a major phase of subsidence creating accommodation space. Subsidence is followed by tectonic uplift documented by fringing reefs and beach rocks that young from the top of the Table Limestone (180 m) towards the present coastline. Strontium isotope ratios from two different fringing reefs (0.707172 and 0.709145) and from a beach rock (0.709163) allow tentative dating, (125ky, ~ 400ky, 945ky) and indicate an uplift rate of about 5cm/ky for this time period of La Désirade Island. The documented subsidence and uplift history calls for a new model of tectonic evolution of the area.

Revision of the genus acrochordiceras hyatt, 1877 (Ammonoidea, Middle Triassic): Morphology, biometry, biostratigraphy and intra-specific variability

The family Acrochordiceratidae Arthaber, 1911 ranges in age from latest Spathian to the middle/late Anisian boundary, and it represents a major component of ammonoid faunas during that time. The middle Anisian genus Acrochordiceras Hyatt, 1877 is the most widespread taxon of the family and occurs abundantly worldwide within the low paleolatitude belt. However, there is a profusion of species names available for Acrochordiceras. This excessive diversity at the species level essentially results from the fact that sufficiently large samples were not available, thus leading to a typological approach to its taxonomy. Based on new extensive collections obtained from the Anisian (Middle Triassic) Fossil Hill Member (Star Peak Group, north-west Nevada) for which a high resolution biostratigraphic frame is available, the taxonomy and biostratigraphy of the genus Acrochordiceras Hyatt, 1877 is herein revised with respect to its intra-specific variation. Morphological and biometric studies (c. 550 bedrock-controlled specimens were measured) show that only one species occurs in each stratigraphic level. Continuous ranges of intra-specific variation of studied specimens enable us to synonymize Haydenites Diener, 1907, Silesiacrochordiceras Diener, 1916 and Epacrochordiceras Spath, 1934 with Acrochordiceras Hyatt, 1877. Three stratigraphically successive species are herein recognized in the low paleolatitude middle Anisian faunas from Nevada: A. hatschekii (Diener, 1907), A. hyatti Meek, 1877 and A. carolinae Mojsisovics, 1882. Moreover, an assessment of intra-specific variation of the adult size range does not support recognition of a dimorphic pair (Acrochordiceras and Epacrochordiceras) as previously suggested by other workers (Epacrochordiceras is the compressed and weakly ornamented end-member variant of Acrochordiceras). The successive middle Anisian species of Acrochordiceras form an anagenetic lineage characterized by increasing involution, adult size and intra-specific variation. This taxonomic revision based on new bedrock-controlled collections is thus an important prerequisite before studying the evolution of the group.