Estimation of inelastic seismic material properties of a surgical sea-bed from multi-component marine seismic data

To date, state-of-the-art seismic material parameter estimates from multi-component sea-bed seismic data are based on the assumption that the sea-bed consists of a fully elastic half-space. In reality, however, the shallow sea-bed generally consists of soft, unconsolidated sediments that are characterized by strong to very strong seismic attenuation. To explore the potential implications, we apply a state-of-the-art elastic decomposition algorithm to synthetic data for a range of canonical sea-bed models consisting of a viscoelastic half-space of varying attenuation. We find that in the presence of strong seismic attenuation, as quantified by Q-values of 10 or less, significant errors arise in the conventional elastic estimation of seismic properties. Tests on synthetic data indicate that these errors can be largely avoided by accounting for the inherent attenuation of the seafloor when estimating the seismic parameters. This can be achieved by replacing the real-valued expressions for the elastic moduli in the governing equations in the parameter estimation by their complex-valued viscoelastic equivalents. The practical application of our parameter procedure yields realistic estimates of the elastic seismic material properties of the shallow sea-bed, while the corresponding Q-estimates seem to be biased towards too low values, particularly for S-waves. Given that the estimation of inelastic material parameters is notoriously difficult, particularly in the immediate vicinity of the sea-bed, this is expected to be of interest and importance for civil and ocean engineering purposes.

Epidemiology and mortality of glacier crevasse accidents.

INTRODUCTION: Crevasse accidents can lead to severe injuries and even death, but little is known about their epidemiology and mortality. METHODS: We retrospectively reviewed helicopter-based emergency services rescue missions for crevasse victims in Switzerland between 2000 and 2010. Demographic and epidemiological data were collected. Injury severity was graded according to the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) score. RESULTS: A total of 415 victims of crevasse falls were included in the study. The mean victim age was 40 years (SD 13) (range 6-75), 84% were male, and 67% were foreigners. The absolute number of victims was much higher during the months of March, April, July, and August, amounting to 73% of all victims; 77% of victims were practicing mountaineering or ski touring. The mean depth of fall was 16.5m (SD 9.0) (range 1-35). Overall on-site mortality was 11%, and it was higher during the ski season than the ski offseason (14% vs. 7%; P=0.01), for foreigners (14% vs. 5%; P=0.01), and with higher mean depth of fall (22 vs. 15m; P=0.01). The NACA score was ≥4 for 22% of the victims, indicating potential or overt vital threatening injuries, but 24% of the victims were uninjured (NACA 0). Multivariable analyses revealed that depth of the fall, summer season, and snowshoeing were associated with higher NACA scores, whereas depth of the fall, snowshoeing, and foreigners but not season were associated with higher risk of death. CONCLUSION: The clinical spectrum of injuries sustained by the 415 patients in this study ranged from benign to life-threatening. Death occurred in 11% of victims and seems to be determined primarily by the depth of the fall.

Management of major accidents with on-site 144 dispatcher

Introduction: An excellent coordination between firefighters, policemen and medical rescue is the key to success in the management of major accidents. In order to improve and assist the medical teams engaged on site, the Swiss "medical command and control system" for rescue operations is based on a binomial set up involving one head emergency doctor and one head rescue paramedic, both trained in disaster medicine. We have recently experimented an innovative on-site "medical command and control system", based on the binomial team, supported by a dedicated 144 dispatcher. Methods: A major road traffic accident took place on the highway between Lausanne and Vevey on April 9th 2008. We have retrospectively collected all data concerning the victims as well as the logistics and dedicated structures, reported by the 144, the Hospitals, the Authority of the State and the Police and Fire Departments. Results: The 72-car pileup caused one death and 26 slightly injured patients. The management on the accident site was organized around a tripartite system, gathering together the medical command and control team with the police and fire departments. On the medical side, 16 ambulances, 2 medical response teams (SMUR), the Rega crew and the medical command and control team were dispatched by the 144. On that occasion an advanced medical command car equipped with communication devices and staffed with a 144 dispatcher was also engaged, allowing efficient medical regulation directly from the site. Discussion: The specific skills of one doctor and one paramedic both trained for disaster's management proved to be perfectly complementary. The presence of a dispatcher on site with a medical command car also proved to be useful, improving orders transmission from the medical command team to all other on- and off-site partners. It relieved the need of repeated back-and-forth communication with the 144, allowing both paramedic and doctor to focus on strategy and tactics rather than communication and logistics.

K-T transition in Deccan Traps of central India marks major marine Seaway across India

Deccan intertrappean sediments in central India are generally considered as terrestrial deposits of Maastrichtian age, but the Cretaceous-Tertiary (K-T) position is still unknown. Here we report the discovery of the K-T transition, a marine incursion and environmental changes preserved within the intertrappean sediments at Jhilmili, Chhindwara District, Madhya Pradesh. Integrative biostratigraphic, sedimentologic, mineralogic and chemostratigraphic analyses reveal the basal Danian in the intertrappean sediments between lower and upper trap basalts that regionally correspond to C29r and the C29R/C29N transition, respectively. Intertrappean deposition occurred in predominantly terrestrial semi-humid to and environments. But a short aquatic interval of fresh water ponds and lakes followed by shallow coastal marine conditions with brackish marine ostracods and early Danian zone P1a planktic foraminifera mark this interval very close to the K-T boundary. This marine incursion marks the existence of a nearby seaway, probably extending inland from the west through the Narmada and Tapti rift valleys. The Jhilmili results thus identify the K-T boundary near the end of the main phase of Deccan eruptions and indicate that a major seaway extended at least 800 km across India. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

L'exploitation des traces dans les accidents de la circulation

Les investigations dans le milieu des accidents de la circulation sont très complexes. Elles nécessitent la mise en oeuvre d'un grand nombre de spécialités venant de domaines très différents. Si certains de ces domaines sont déjà bien exploités, d'autres demeurent encore incomplets et il arrive de nos jours d'observer des lacunes dans la pratique, auxquelles il est primordial de remédier.Ce travail de thèse, intitulé « l'exploitation des traces dans les accidents de la circulation », est issu d'une réflexion interdisciplinaire entre de multiples aspects des sciences forensiques. Il s'agit principalement d'une recherche ayant pour objectif de démontrer les avantages découlant d'une synergie entre les microtraces et l'étude de la dynamique d'un accident. Afin de donner une dimension très opérationnelle à ce travail, l'ensemble des démarches entreprises a été axé de manière à optimiser l'activité des premiers intervenants sur les lieux.Après une partie introductive et ayant trait au projet de recherche, traitant des aspects théoriques de la reconstruction d'une scène d'accident, le lecteur est invité à prendre connaissance de cinq chapitres pratiques, abordés selon la doctrine « du général au particulier ». La première étape de cette partie pratique concerne l'étude de la morphologie des traces. Des séquences d'examens sont proposées pour améliorer l'interprétation des contacts entre véhicules et obstacles impliqués dans un accident. Les mécanismes de transfert des traces de peinture sont ensuite étudiés et une série de tests en laboratoire est pratiquée sur des pièces de carrosseries automobiles. Différents paramètres sont ainsi testés afin de comprendre leur impact sur la fragilité d'un système de peinture. Par la suite, une liste de cas traités (crash-tests et cas réels), apportant des informations intéressantes sur le traitement d'une affaire et permettant de confirmer les résultats obtenus est effectuée. Il s'ensuit un recueil de traces, issu de l'expérience pratique acquise et ayant pour but d'aiguiller la recherche et le prélèvement sur les lieux. Finalement, la problématique d'une banque de données « accident », permettant une gestion optimale des traces récoltées est abordée.---The investigations of traffic accidents are very complex. They require the implementation of a large number of specialties coming from very different domains. If some of these domains are already well exploited, others remain still incomplete and it happens nowadays to observe gaps in the practice, which it is essential to remedy. This thesis, entitled "the exploitation of traces in traffic accidents", arises from a multidisciplinary reflection between the different aspects of forensic science. It is primarily a research aimed to demonstrate the benefits of synergy between microtrace evidence and accidents dynamics. To give a very operational dimension to this work, all the undertaken initiatives were centred so as to optimise the activity of the first participants on the crime scene.After an introductory part treating theoretical aspects of the reconstruction of an accident scene the reader is invited to get acquainted with five practical chapters, according to the doctrine "from general to particular". For the first stage of this practical part, the problem of the morphology of traces is approached and sequences of examinations are proposed to improve the interpretation of the contacts between vehicles and obstacles involved in an accident. Afterwards, the mechanisms of transfer of traces of paint are studied and a series of tests in laboratory is practised on pieces of automobile bodies. Various parameters are thus tested to understand their impact on the fragility of a system of paint. It follows that a list of treated cases (crash-tests and real cases) is created, allowing to bring interesting information on the treatment of a case and confirm the obtained results. Then, this work goes on with a collection of traces, stemming from the acquired experience that aims to steer the research and the taking of evidence on scenes. Finally, the practical part of this thesis ends with the problem of a database « accident », allowing an optimal management of the collected traces.

Circum-Alpine marine circulation and paleoenvironmental conditions during the Miocene

Trace element and isotopic compositions of marine fossils and sediment were analyzed from several Miocene deposits in the circum-Alpine region in order to reconstruct the paleoceanographic and paleoclimatic changes related to sea level changes, basin evolution and Alpine orogeny. To the north and the east the Alps were border by an epicontinental sea, the Paratethys, while to the south the Mediterranean surrounded the uplifting mountains during the Miocene. The thesis mainly focused on sediments and fossils sampled from Miocene beds of these two oceanic provinces. The north Alpine Molasse, the Vienna and Pannonian Basins were located in the Western and Central Paratethys. O-isotope compositions of well-preserved phosphatic fossils in these sediments support deposition under sub-tropical to warm-temperate climate with water temperatures between 14 to 28 °C for the Miocene. δ18O values of fossil shark teeth from different horizons vary similarly to those of the global trend until the end of the Badenian, however the δ18O values show wider range, which indicates local effects iii the sub-basins. The trend of 87Sr/86Sr in the samples roughly agrees with an open ocean environment for the Miocene. Yet a number of samples deviate from typical open ocean compositions with higher ratios suggesting modification of seawater by local and old terrestrial sources. In contrast, two exceptional teeth from the locality of La Moliere have extremely low δ18O values and low 87Sr/86Sr. However, the REE patterns of their enameloid are similar to those of teeth having O and Sr isotopic compositions typical of a marine setting at this site. Collectively, this suggests that the two teeth formed while the sharks frequented a freshwater environment with very low 18O-content and 87Sr/86Sr controlled by Mesozoic calcareous rocks. This is consistent with a paleogeography of high-elevation (~2300m) Miocene Alps adjacent to a marginal sea. The local effects are also reflected in the εNd values of the Paratethyan fossils, which is compatible with input from ancient crystalline rocks and Mesozoic sediments, while other samples with elevated εNd values indicate an influence of Neogene volcanism on the water budget. Excluding samples whose isotopic compositions reflect a local influence on the water column, an average εNd value of -7.9 ± 0.5 may be inferred for the Paratethys seawater. This value is indistinguishable from the Miocene value of the Indian Ocean, supporting a dominant role of ludo-Pacific water masses in the Paratethys. Regarding the Mediterranean, stable C-and O-isotope compositions of benthic and planktonic foraminifera from the Umbria-Marche region (UMC) have an offset typical for their habitats and the changes in composition mimic global changes, suggesting that the regional conditions of climate and the carbon cycle were controlled by global changes. The radiogenic isotope compositions of the fossil assemblages allow for distinction of periods. From 25 to 19 Ma, high εNd values and low 87Sr/86Sr of sediments and fossils support intense tectonism and volcanism, related to the opening of the western Mediterranean. Between 19 and 13 Ma the Mediterranean has εNd values that are largely controlled by incursion of Indian Ocean water. Brief periods of local hinterland control on seawater compositions are indicated by spikes in the εNd record, coinciding with volcanic events and a short sea-level decrease at about 15.2 Ma. Lower 87Sr/86Sr compared to the open ocean is compatible with rapid uplift of the hinterland and intense influx of Sr from Mesozoic carbonates of the western Apennines, while higher 87Sr/86Sr for other sites indicates erosion of old crustal silicate rocks. Finally, from 13 to 7 Ma the fossils have 87Sr/86Sr similar to those of Miocene seawater and their εNd values indicates fluctuating influence of Atlantic, and Indian Ocean or Paratethys sources of seawater entering the Mediterranean, driven by global sealevel changes and local tectonism. RÉSUMÉ DE LA THÈSE Les compositions en éléments traces et isotopiques de fossiles marins et de sédiments on été analysées à partir de nombreux dépôts marins dans la région circum Alpine dans le but de reconstruire les changements paléocéanographiques et paléoclimatiques liés aux changements du niveau marin, à l'évolution en bassins et à l'orogénie alpine. Au nord et à l'est des Alpes, une mer épicontinentale appelée Paratéthys s'est ouverte, alors que plus au sud la mer Méditerranée bordait au Miocène les Alpes naissantes. Le but de cette recherche est de se concentrer sur les sédiments et les fossiles provenant des couches du Miocènes de ces deux provinces marines. Les bassins de la Molasse Alpine du nord, de Vienne et Pannonien étaient situés au niveau de la Paratéthys Occidentale et Centrale. Les compositions isotopiques de l'oxygène de fossiles phosphatés bien préservés dans ces sédiments étayent la théorie d'un dépôt sous un climat subtropical à tempéré chaud avec des températures entre 14 et 28°C pendant le Miocène. Les valeurs δ18O des fossiles sont similaires à la tendance globale jusqu'à la fin du Badénien. Cependant les larges fluctuations en δ18O indiquent des effets locaux au niveau des sous bassins. En outre, deux dents de requin exceptionnelles présentent des valeurs extrêmement basses de δ18O. Ces données suggèrent que ces deux dents se sont formées alors que les requins fréquentaient un environnement d'eau douce avec de faibles valeurs de 18O. Le calcul de la composition isotopique de l'oxygène de cette eau douce permet d'obtenir une estimation de la paléoélévatian moyenne des Alpes du Miocène (~2300m). La tendance 87Sr/86Sr pour ces échantillons concorde approximativement avec un environnement d'océan ouvert au cours du Miocène. Toutefois un nombre d'échantillons dévie des compositions d'océan ouvert typiques, avec des rapports élevés suggérant des modifications de l'eau de mer par des sources locales et terrestres. Les effets locaux sont aussi reflétés au niveau des valeurs en εNd des fossiles paratéthysiens. Ceci est cohérent avec un apport d'anciennes roches cristallines et de sédiments mésozoïques, tandis que d'autres échantillons avec des valeurs hautes de εNd indiquent une influence d'un volcanisme néogène dans le budget marin. En excluant les échantillons dont les compositions isotopiques confirment une influence locale, une valeur moyenne de εNd de 7.9 t 0.5 peut être déduite pour l'eau de la Parathétys. Cette valeur est semblable à la valeur correspondant à l'Océan Indien durant le Miocène, confirmant un rôle dominant de cet océan dans la Paratéthys. Au niveau de la Méditerranée, les compositions en isotopes stables du Carbone et de l'Oxygène de foraminifères planctoniques et benthique de la région Umbria-Marche présentent un offset typique à leurs habitats. De plus les changements dans leurs compositions suivent les changements globaux, suggérant ainsi que les conditions climatiques régionales et le cycle du carbone étaient contrôlés par des phénomènes globaux. La composition en isotopes radiogéniques d'assemblages fossiles permet une reconnaissance sur trois périodes distinctes. De 25 à 19 millions d'années (Ma), des valeurs élevées de εNd et un faible rapport 87Sr/86Sr dans les sédiments soutiennent l'idée d'une activité tectonique et volcanique intense, liée à l'ouverture de la Méditerranée occidentale. Entre 19 et 13 Ma, la Méditerranée montre des valeurs de εNd qui sont largement contrôlées par une incursion d'eau provenant de l'Océan Indien. En effet, aux alentours de 15,2 Ma, des pics dans l'enregistrement des valeurs de εNd, coïncidant avec des événements volcaniques et de brèves diminutions du niveau marin. Enfin, de 13 à 7 Ma, les fossiles ont des rapports ß7Sr/8fiSr similaires à ceux de l'eau de mer au Miocène. Leurs valeurs de εNd indiquent une influence changeante de l'océan Atlantique, et de l'océan Indien ou des sources d'eau de merde la Parathétys qui entrent dans les bassins méditerranéens. Ce changement est guidé par des modifications globales du niveau marin et par la tectonique locale. RÉSUMÉ DE LA THÈSE (POUR LE GRAND PUBLIC) Les analyses des compositions en éléments traces et isotopiques des fossiles marins sont un outil très utile pour reconstruire les conditions océaniques et climatiques anciennes. Ce travail de thèse se concentre sur les sédiments déposés dans un environnement marin proches des Alpes au cours du Miocène, entre 23 et 7 millions d'années (Ma). Cette période est caractérisée par une tectonique alpine active, ainsi que par des changements climatiques et océanographiques globaux importants. Dans le but de tracer ces changements, les compositions isotopiques du Strontium, du Néodyme, de l'Oxygène et du Carbone ont été analysées dans des fossiles bien préservés ainsi que les sédiments contemporains. Les échantillons proviennent de deux provinces océaniques distinctes, la première est la Mer Méditerranée, et l'autre est une mer épicontinentale appelée Parathétys, qui existait au nord et à l'est des Alpes durant le Miocène. Au niveau de la Parathétys Occidentale et Orientale, les compositions isotopiques d'oxygène de dents de requins confirment un dépôt sous un climat subtropical à tempéré chaud avec des températures d'eau entre 14 et 28°C au Miocène. En outre, deux dents de requins exceptionnelles ont enregistré des compositions isotopiques d'oxygène extrêmement basses. Cela suggère que ces deux dents se sont formées alors que les requins entraient dans un système d'eau douce. Le calcul de la composition isotopique de l'oxygène de cette eau douce permet d'obtenir une estimation de la paléoélévation des Alpes au Miocène qui est aussi élevée que celle d'aujourd'hui. La tendance isotopique du Strontium pour ces échantillons concorde approximativement avec un environnement d'océan ouvert. Cependant un certain nombre d'échantillons indique des modifications de l'eau de mer par des sources terrestres locales. Les effets locaux sont aussi visibles au niveau des compositions isotopiques du Néodyme, qui sont en accord avec un apport provenant de roches cristallines anciennes et de sédiments du Mésozoïque, alors que d'autres échantillons indiquent une influence volcanique néogène dans le budget marin. A l'exclusion des échantillons dont les compositions correspondent à une influence locale, les compositions isotopiques du Néodyme de la Parathétys sont très similaires aux valeurs de l'Océan Indien, montrant ainsi un rôle important des masses d'eau IndoPacifiques dans cette région. Au niveau de la Méditerranée, les compositions en isotopes stables du Carbone et de l'Oxygène de foraminifères planctoniques et benthique de la région Umbria-Marche présentent un offset typique à leurs habitats. De plus, les changements dans leurs compositions suivent les changements globaux, suggérant ainsi que les conditions climatiques régionales et le cycle du carbone étaient contrôlés par des phénomènes globaux. La composition en isotopes radiogéniques d'assemblages fossiles permet une reconnaissance sur trois périodes distinctes. De 25 à 19 Ma, des rapport isotopiques élevés pour le Néodyme et faibles pour le Strontium dans les sédiments et les fossiles soutiennent l'idée d'une activité tectonique et volcanique intense, liée à l'ouverture de la Méditerranée occidentale. Entre 19 et 13 Ma, la Méditerranée présente des rapports isotopiques du Néodyme qui sont largement contrôlés par une incursion d'eau provenant de l'Océan Indien. En effet, aux alentours de 15,2 Ma, des pics dans l'enregistrement des valeurs des isotopes du Néodyme coïncident avec des événements volcaniques et de brèves diminutions du niveau marin. Finalement, de 13 à 7 Ma, les fossiles ont des rapports isotope Strontium similaires à ceux de l'eau de mer au Miocène. Les rapports isotopiques du Néodyme indiquent une influence changeante de l'océan Atlantique, et de l'océan Indien ou des sources d'eau de mer de la Parathétys qui entrent dans les bassins méditerranéens. Ce changement est guidé par des modifications globales du niveau marin et par la tectonique locale.

A global marine sedimentary response to the end-Permian mass extinction: Examples from southern Turkey and the western United States

The end-Permian mass extinction greatly diminished marine diversity and brought about a whole-scale restructuring of marine ecosystems; these ecosystem changes also profoundly affected the sedimentary record. Data presented here, attained through facies analyses of strata deposited during the immediate aftermath of the end-Permian mass extinction (southern Turkey) and at the close of the Early Triassic (southwestern United States), in combination with a literature review, show that sedimentary systems were profoundly affected by: (1) a reduction in biotic diversity and abundance and (2) long-term environmental fluctuations that resulted from the end-Permian crisis. Lower Triassic strata display widespread microbialite and carbonate seafloor fan development and contain indicators of suppressed infaunal bioturbation such as flat-pebble conglomerates and wrinkle structures (facies considered unusual in post-Cambrian subtidal deposits). Our observations suggest that depositional systems, too, respond to biotic crises, and that certain facies may act as barometers of ecologic and environmental change independent of fossil assemblage analyses. Close investigation of facies changes during other critical times in Earth history may serve as an important tool in interpreting the ecology of metazoans and their environment.

Early diagenesis of bone and tooth apatite in fluvial and marine settings: Constraints from combined oxygen isotope, nitrogen and REE analysis

Fossil bones and teeth of Late Pleistocene terrestrial mammals from Rhine River gravels (RS) and the North Sea (NS), that have been exposed to chemically and isotopically distinct diagenetic fluids (fresh water versus seawater), were investigated to study the effects of early diagenesis on biogenic apatite. Changes in phosphate oxygen isotopic composition (delta O-18(PO4)), nitrogen content (wt.% N) and rare earth element (REE) concentrations were measured along profiles within bones that have not been completely fossilized, and in skeletal tissues (bone, dentine, enamel) with different susceptibilities to diagenetic alteration. Early diagenetic changes of elemental and isotopic compositions of apatite in fossil bone are related to the loss of the stabilizing collagen matrix. The REE concentration is negatively correlated with the nitrogen content, and therefore the amount of collagen provides a sensitive proxy for early diagenetic alteration. REE patterns of RS and NS bones indicate initial fossilization in a fresh water fluid with similar REE compositions. Bones from both settings have nearly collagen-free, REE-, U-, F- and Sr-enriched altered outer rims, while the collagen-bearing bone compacta in the central part often display early diagenetic pyrite void-fillings. However, NS bones exposed to Holocene seawater have outer rim delta O-18(PO4) values that are 1.1 to 2.6 parts per thousand higher compared to the central part of the same bones (delta O-18(PO4) = 18.2 +/- 0.9 parts per thousand, n = 19). Surprisingly, even the collagen-rich bone compacta with low REE contents and apatite crystallinity seems altered, as NS tooth enamel (delta O-18(PO4) =15.0 +/- 0.3 parts per thousand, n=4) has about 3%. lower delta O-18(PO4) values, values that are also similar to those of enamel from RS teeth. Therefore, REE concentration, N content and apatite crystallinity are in this case only poor proxies for the alteration of delta O-18(PO4) values. Seawater exposure of a few years up to 8 kyr can change the delta O-18(PO4) values of the bone apatite by > 3 parts per thousand. Therefore, bones fossilized in marine settings must be treated with caution for palaeoclimatic reconstructions. However, enamel seems to preserve pristine delta O-18(PO4) values on this time scale. Using species-specific calibrations for modern mammals, a mean delta O-18(H2O) value can be reconstructed for Late Pleistocene mammalian drinking water of around -9.2 +/- 0.5 parts per thousand, which is similar to that of Late Pleistocene groundwater from central Europe. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.