Oxygen isotope compositions of iron oxides from high-grade BIF-hosted iron ore deposits of the Central Hamersley Province, Western Australia: Constraints on the evolution of hydrothermal fluids

The Hamersley province of northwest Australia is one of the world's premier iron ore regions with high-grade martite-microplaty hematite iron ore deposits mostly hosted within banded iron formation (BIF) sequences of the Brockman Iron Formations of the Hamersley Group. These high-grade iron ores contain between 60 and 68 wt percent Fe, and formed by the multistage interaction of hydrothermal fluids with the host BIF formation. The oxygen isotope compositions of magnetite and hematite from BIF, hydrothermal alteration assemblages, and high-grade iron Ore were analyzed from the Mount Tom Price, Paraburdoo, and Charmar iron ore deposits. The delta(18)O values of magnetite and hematite from hydrothermal alteration assemblages and high-grade iron ore range from -9.0 to -2.9 per mil, a depletion of 5 to 15 per mil relative to the host BIF. The delta(18)O values are spatially controlled by faults within the deposits, a response to higher fluid flux and larger influence the isotopic compositions by the hydrothermal fluids. The oxygen isotope composition of hydrothermal fluids (delta(18)O(fluid)) indicates that the decrease in the (18)O content of iron oxides was due to the interaction of both basinal brines and meteoric fluids with the original BIF. Late-stage talc-bearing ore at the Mount Tom Price deposit formed in the presence of a pulse of delta(18)O-enriched basinal brine, indicating that hydrothermal fluids may have repeatedly interacted with the BIFs during the Paleoproterozoic.

Geochemical compositions of marine fossils as proxies for reconstructing ancient environmental conditions.

A brief summary is given here about some of the geochemical methodologies that are often used to obtain information from fossils and sediments about the past environment. Such methods are frequently applied in our project in which the formation of Paleogene phosphate sequences in North Africa is investigated. These layers were deposited in shallow marine seas during a period of extreme warm climate with a high CO(2) concentration in the atmosphere. Some of the characteristics of this greenhouse interval are similar to the modern anthropogenic situation hence it is intensively investigated from several aspects by many scientists. Here the geochemical compositions of fossils deposited during this time are discussed, focusing on how the data are obtained and how they could be evaluated in terms of palaeo-environmental conditions.

Geometry, petrology and growth of a shallow crustal laccolith : the Torres del Paine Mafic Complex (Patagonia)

1. ABSTRACTS - RÉSUMÉSSCIENTIFIC ABSTRACT - ENGLISH VERSIONGeometry, petrology and growth of a shallow crustal laccolith: the Torres del Paine Mafi c Complex (Patagonia)The Torres del Paine intrusive complex (TPIC) is a composite mafic-granitic intrusion, ~70km2, belonging to a chain of isolated Miocene plutons in southern Patagonia. Their position is intermediate between the Mesozoic-Cenozoic calc-alkaline subduction related Patagonian batholith in the West and the late Cenozoic alkaline basaltic back-arc related plateau lavas in the East. The Torres del Paine complex formed during an important reconfiguration of the Patagonian geodynamic setting, with a migration of magmatism from the arc to the back-arc, possibly related to the Chile ridge subductionThe complex intruded the flysch of the Cretaceous Cerro Toro and Punta Barrosa Formations during the Miocene, creating a well-defined narrow contact aureole of 200-400 m width.In its eastern part, the Torres del Paine intrusive complex is a laccolith, composed of a succession of hornblende-gabbro to diorite sills at its base, with a total thickness of ~250m, showing brittle contacts with the overlying granitic sills, that form spectacular cliffs of more than 1000m. This laccolith is connected, in the western part, to its feeding system, with vertical alternating sheets of layered gabbronorite and Hbl-gabbro, surrounded and percolated by diorites. ID-TIMS U-Pb on zircons on feeder zone (FZ) gab- bros yield 12.593±0.009Ma and 12.587±0.009Ma, which is identifcal within error to the oldest granite dated so far by Michel et al. (2008). In contrast, the laccolith mafic complex is younger than than the youngest granite (12.50±0.02Ma), and has been emplaced from 12.472±0.009Ma to 12.431 ±0.006Ma, by under-accretion beneath the youngest granite at the interface with previously emplaced mafic sills.The gabbronorite crystallization sequence in the feeder zone is dominated by olivine, plagioclase, clinopyroxene and orthopyroxene, while amphibole forms late interstitial crystals. The crystallization sequence is identical in Hornblende-gabbro from the feeder zone, with higher modal hornblende. Gabbronorite and Hornblende-gabbro both display distinct Eu and Sr positive anomalies. In the laccolith, a lower Hornblende-gabbro crystallized in sills and evolved to a high alkali shoshonitic series. The Al203, Ti02, Na20, K20, Ba and Sr composition of these gabbros is highly variable and increases up to ~50wt% Si02. The lower hornblende-gabbro is characterized by kaersutite anhedral cores with inclusions of olivine, clino- and orthopyroxene and rare apatite and An70 plagioclase. Trace element modelling indicates that hornblende and clinopyroxene are in equilibrium with a liquid whose composition is similar to late basaltic trachyandesitic dikes that cut the complex. The matrix in the lower hornblende gabbro is composed of normally zoned oligoclase, Magnesio-hornblende, biotite, ilmenite and rare quartz and potassium feldspar. This assemblage crystallized in-situ from a Ba and Sr-depleted melts. In contrast, the upper Hbl-gabbro is high-K calc-alkaline. Poikilitic pargasite cores have inclusions of euhedral An70 plagioclase inclusions, and contain occasionally clinopyroxene, olivine and orthopyroxene. The matrix composition is identical to the lower hornblende-gabbro and similar to the diorite. Diorite bulk rock compositions show the same mineralogy but different modal proportions relative to hornblende-gabbrosThe Torres del Paine Intrusive Complex isotopic composition is 87Sr/86Sr=0.704, 143Nd/144Nd=0.5127, 206Pb/204Pb=18.70 and 207Pb/204Pb=15.65. Differentiated dioritic and granitic units may be linked to the gabbroic cumulates series, with 20-50% trapped interstitial melt, through fractionation of olivine-bearing gabbronorite or hornblende-gabbro fractionation The relative homogeneity of the isotopic compositions indicate that only small amounts of assimilation occurred. Two-pyroxenes thermometry, clinopyroxene barometry and amphibole-plagioclase thermometry was used to estimate pressure and temperature conditions. The early fractionation of ultramafic cumulates occurs at mid to lower crustal conditions, at temperatures exceeding 900°C. In contrast, the TPIC emplacement conditions have been estimated to ~0.7±0.5kbar and 790±60°C.Based on field and microtextural observations and geochemical modelling, fractionation of basaltic-trachyandesitic liquids at intermediate to lower crustal levels, has led to the formation of the Torres del Paine granites. Repetitive replenishment of basaltic trachy- andesitic liquid in crustal reservoirs led to mixed magmas that will ascend via the feeder zone, and crystallize into a laccolith, in the form of successive dioritic and gabbroic sills. Dynamic fractionation during emplacement concentrated hornblende rich cumulates in the center of individual sills. Variable degrees.of post-emplacement compaction led to the expulsion of felsic liquids that preferentially concentrated at the top of the sills. Incremental sills amalgamation of the entire Torres del Paine Intrusive Complex has lasted for ~160ka.RESUME SCIENTIFIQUE - VERSION FRANÇAISEGéométrie, pétrologie et croissance d'un laccolite peu profond : Le complexe ma- fique du Torres del Paine (Patagonie)Le Complexe Intrusif du Torres del Paine (CITP) est une intrusion bimodale, d'environ 70km2, appartenant à une chaîne de plutons Miocènes isolés, dans le sud de la Patago-nie. Leur position est intermédiaire entre le batholite patagonien calco-alcalin, à l'Ouest, mis en place au Mesozoïque-Cenozoïque dans un contexte de subduction, et les basal-tes andésitiques et trachybasaltes alcalins de plateau, plus jeune, à l'Est, lié à l'ouverture d'un arrière-arc.A son extrémité Est, le CITP est une succession de sills de gabbro à Hbl et de diorite, sur une épaisseur de ~250m, avec des évidences de mélange. Les contacts avec les sills de granite au-dessus, formant des parois de plus de 1000m, sont cassants. Ce laccolite est connecté, dans sa partie Ouest, à une zone d'alimentation, avec des intrusions sub-ver- ticales de gabbronorite litée et de gabbro à Hbl, en alternance. Celles-ci sont traversées et entourées par des diorites. Les zircons des gabbros de la zone d'alimentation, datés par ID-TIMS, ont cristallisés à 12.593±0.009Ma et 12.587±0.009Ma, ce qui correspond au plus vieux granite daté à ce jour par Michel et al. (2008). A l'inverse, les roches manques du laccolite se sont mises en place entre 12.472±0.009Ma et 12.431 ±0.006Ma, par sous-plaquage successifs à l'interface avec le granite le plus jeune daté à ce jour (12.50±0.02Ma).La séquence de cristallisation des gabbronorites est dominée par Ol, Plg, Cpx et Opx, alors que la Hbl est un cristal interstitiel. Elle est identique dans les gabbros à Hbl de la zone d'alimentation, avec ~30%vol de Hbl. Les gabbros de la zone d'alimentation montrent des anomalies positives en Eu et Sr distinctes. Dans le laccolite, le gabbro à Hbl inférieur évolue le long d'une série shoshonitique, riche en éléments incompatibles. Sa concentration en Al203, Ti02, Na20, K20, Ba et Sr est très variable et augmente rapide-ment jusqu'à ~50wt% Si02. Il est caractérisé par la présence de coeurs résorbés de kaer- sutite, entourés de Bt, et contenant des inclusions d'OI, Cpx et Opx, ou alors d'Ap et de rares Plg (An70). Hbl et Cpx ont cristallisés à partir d'un liquide de composition similaire aux dykes trachy-andesite basaltique du CITP. La matrice, cristallisée in-situ à partir d'un liquide pauvre en Ba et Sr, est composée d'oligoclase zoné de façon simple, de Mg-Hbl, Bt, llm ainsi que de rares Qtz et KF. Le gabbro à Hbl supérieur, quant à lui, appartient à une suite chimique calco-alcaline riche en K. Des coeurs poecilitiques de pargasite con-tiennent de nombreuses inclusions de Plg (An70) automorphe, ainsi que des Ol, Cpx et Opx. La composition de la matrice est identique à celle des gabbros à Hbl inférieurs et toutes deux sont similaires à la minéralogie des diorites. Les analyses sur roches totales de diorites montrent la même variabilité que celles de gabbros à Hbl, mais avec une ten-eur en Si02 plus élevée.La composition isotopique des liquides primitifs du CITP a été mesurée à 87Sr/86Sr=0.704, 143Nd/144Nd=0.5127, 206Pb/204Pb=18.70 et 207Pb/204Pb=15.65. Les granites et diorites différenciés peuvent être reliés à des cumulais gabbronoritiques (F=0.74 pour les granites et F=1-0.5 pour les diorites) et gabbroïques à Hbl (fractionnement supplémentaire pour les granites, avec F=0.3). La cristallisation de 20 à 50%vol de liquide interstitiel piégé dans les gabbros du CITP explique leur signature géochimique. Seules de faibles quantités de croûte continentale ont été assimilées. La température et la pression de fractionnement ont été estimées, sur la base des thermobaromètres Opx-Cpx, Hbl-Plg et Cpx, à plus de 900°C et une profondeur correspondant à la croûte inférieure-moyenne. A l'inverse, les conditions de cristallisation de la matrice des gabbros et diorites du laccolite ont été estimées à 790±60°C et ~0.7±0.5kbar.Je propose que les liquides felsiques du CITP se soient formés par cristallisation frac-tionnée en profondeur des assemblages minéralogiques observés dans les gabbros du CITP, à partir d'un liquide trachy-andesite basaltique. La percolation de magma dans les cristaux accumulés permet la remontée du mélange à travers la zone d'alimentation, vers le laccolite, où des sills se mettent en place successivement. L'amalgamation de sills dans le CITP a duré ~160ka.Le CITP s'est formé durant une reconfiguration importante du contexte géodynamique en Patagonie, avec un changement du magmatisme d'arc vers un volcanisme d'arrière- arc. Ce changement est certainement lié à la subduction de la ride du Chili.RESUME GRAND PUBLIC - VERSION FRANÇAISEGéométrie, pétrologie et croissance d'une chambre magmatique peu profonde : Le complexe mafique du Torres del Paine (Patagonie)Le pourtour de l'Océan Pacifique est caractérisé par une zone de convergence de plaques tectoniques, appelée zone de subduction, avec le plongement de croûte océa-nique sous les Andes dans le cas de la Patagonie. De nombreux volcans y sont associés, formant la ceinture de feu. Mais seuls quelques pourcents de tout le magma traversant la croûte terrestre parviennent à la surface et la majeure partie cristallise en profondeur, dans des chambres magmatiques. Quelles est leur forme, croissance, cristallisation et durée de vie ? Le complexe magmatique du Torres del Paine représente l'un des meilleurs endroits au monde pour répondre à ces questions. Il se situe au sud de la Patagonie, formant un massif de 70km2. Des réponses peuvent être trouvées à différentes échelles, variant de la montagne à des minéraux de quelques 1000ème de millimètres.Il est possible de distinguer trois types de roches : des gabbros et des diorites sur une épaisseur de 250m, surmontées par des parois de granite de plus de 1000m. Les contacts entre ces roches sont tous horizontaux. Entre granites et gabbro-diorite, le contact est net, indiquant que le second magma s'est mis en place au contact avec un magma plus ancien, totalement solidifié. Entre gabbros et diorites, les contacts sont diffus, souvent non-linéaires, indiquant à l'inverse la mise en contact de magmas encore partiellement liquides. Dans la partie Ouest de cette chambre magmatique, les contacts entre roches sont verticaux. Il s'agit certainement du lieu de remplissage de la chambre magmatique.Lors du refroidissement d'un magma, différents cristaux vont se former. Leur stabilité et leur composition varient en fonction de la pression, de la température ou de la chimie du magma. La séquence de cristallisation peut être définie sur la base d'observations microscopiques et de la composition chimique des minéraux. Différents gabbros sont ainsi distingués : le gabbro à la base est riche en hornblende, d'une taille de ~5mm, sans inclusion de plagioclase mais avec des cristaux d'olivine, clinopyroxene et orthopyroxene inclus ; le gabbro supérieur est lui-aussi riche en hornblende (~5mm), avec les mêmes inclusions additionnées de plagioclase. Ces cristaux se sont formés à une température supérieure à 900°C et une profondeur correspondant à la croûte moyenne ou inférieure. Les minéraux plus fin, se trouvant hors des cristaux de hornblende des deux gabbros, sont similaires à ceux des diorites : plagioclase, biotite, hornblende, apatite, quartz et feldspath alcalin. Ces minéraux sont caractéristiques des granites. Ils ont cristallisé à ~790°C et ~2km de profondeur.La cristallisation des minéraux et leur extraction du magma par gravité provoque un changement progressif de la composition de ce dernier. Ainsi, après extraction d'olivine et d'orthopyroxene riches en Mg, de clinopyroxene riche en Ca, de plagioclase riche en Ca et Al et d'hornblende riche en Ca, Al et Mg, le liquide final sera appauvri en ces élé-ments. Un lien peut ainsi être proposé entre les diorites dont la composition est proche du liquide de départ, les granites dont la composition est similaire au liquide final, et les gabbros dont la minéralogie correspond aux minéraux extraits.L'utilisation de zircons, un minéral riche en U dont les atomes se transforment en Pb par décomposition radioactive au cours de millions d'années, permet de dater le refroidissement des roches qui les contiennent. Ainsi, il a été observé que les roches de la zone d'alimentation, à l'Ouest du complexe magmatique, ont cristallisés il y a 12.59±0.01 Ma, en même temps que les granites les plus vieux, se trouvant au sommet de la chambre magmatique, datés par Michel et al. (2008). Les deux roches pourraient donc avoir la même origine. A l'inverse, les gabbros et diorites de la chambre magmatique ont cristallisé entre 12.47±0.01Ma et 12.43±0.01Ma, les roches les plus vieilles étant à la base.En comparant la composition des roches du Torres del Paine avec celles d'autres en-tités géologiques de Patagonie, les causes du magmatisme peuvent être recherchées. A l'Ouest, on trouve en effet des intrusions granitiques, plus anciennes, caractéristiques de zones de convergence de plaque tectonique, alors qu'à l'Est, des laves basaltiques plus jeunes sont caractéristiques d'une dynamique d'extension. Sur la base des compositions chimiques des roches de ces différentes entités, l'évolution progressive de l'une à l'autre a pu être démontrée. Elle est certainement due à l'arrivée d'une dorsale océanique (zone d'extension crustale et de création de croûte océanique par la remontée de magma) dans la zone de subduction, le long des Andes.Je propose que, dans un premier temps, des magmas granitiques sont remontés dans la chambre magmatique, laissant d'importants volumes de cristaux dans la croûte pro-fonde. Dans un second épisode, les cristaux formés en profondeur ont été transportés à travers la croûte continentale, suite au mélange avec un nouveau magma injecté. Ces magmas chargés de cristaux ont traversé la zone d'alimentation avant de s'injecter dans la chambre magmatique. Différents puises ont été distingués, injectés dans la chambre magmatique du sommet à la base concernant les granites, puis à la base du granite le plus jeune pour les gabbros et diorites. Le complexe magmatique du Torres del Paine s'est construit sur une période totale de 160'000±20'000 ans.

Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post- solidus reequilibration on cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Stable isotope compositions of mammoth teeth from Niederweningen, Switzerland: Implications for the Late Pleistocene climate, environment, and diet

Oxygen and carbon isotope compositions of well-preserved mammoth teeth from the Middle Wurmian (40-70 ka) peat layer of Niederweningen, the most important mammoth site in Switzerland, were analysed to reconstruct Late Pleistocene palaeoclimatic and palaeoenvironmental conditions. Drinking water (delta(18)O values of approximately -12.3 +/- 0.9 parts per thousand were calculated front oxygen isotope compositions of mammoth tooth enamel apatite using a species-specific calibration for modern elephants. These delta(18)O(H2O) values reflect the mean oxygen isotope composition of the palaeo-precipitation and are similar to those directly measured for fate Pleistocene groundwater from aquifers in northern Switzerland and southern Germany. Using a present-day delta(18)O(H2)o-precipitation-air temperature relation for Switzerland, a mean annual air temperature (MAT) of around 4.3 +/- 2.1 degrees C can be calculated for the Middle Wurmian at this site. This MAT is in good agreement with palaeotemperature estimates on the basis of Middle Wurmian groundwater recharge temperatures and beetle assemblages. Hence, the climatic conditions in this region were around 4 degrees C cooler during the Middle Wurmian interstadial phase, around 45-50ka BP, than they are today. During this period the mammoths from Niederweningen lived in an open tundra-like, C(3) plant-dominated environment as indicated by enamel (delta(13)C values of -11.5 +/- 0.3 parts per thousand and pollen and macroplant fossils found in the embedding peat. The low variability of enamel delta(13)C and delta(18)O values from different mammoth teeth reflects similar environmental conditions and supports a relatively small time frame for the fossil assemblage. (C) 2006 Elsevier Ltd and INQUA. All rights reserved.

Paleobiology and skeletochronology of Jurassic dinosaurs: implications from the histology and oxygen isotope compositions of bones

Fossil biogenic phosphate of fast-growing primary bone tissue of dinosaurs can preserve a histologic and isotopic time-series of annual seasonality in temperature variations, similar to tooth enamel and other accretionary skeletal phases such as corals or wood. On two bone fragments from sympatric dinosaurs with different histologic patterns of bone growth, high-resolution oxygen isotope profiles were analyzed along the radial direction of bone growth. The investigated specimens are from the Jurassic Shishugou Formation in the Junggar Basin, NW China and have distinct patterns of compositional variation. A fibrolamellar dinosaur bone with multiple lines of arrested growth (LAGs) and periodic growth cycles of decreasing bone laminae thickness displays a cyclic intra-bone variation in delta(18)O values of about 2parts per thousand corresponding with the LAGs. These growth cycles in fast-growing fibrolamellar bone provide evidence for seasonal growth of dinosaurs in lower latitudes ( similar to 45degreesN), possibly influenced by a monsoon-type paleoclimate. Seasonal changes in temperature and water supply are consistent with the oxygen isotope composition measured in dinosaur bone phosphate as well as with growth rings in contemporaneous fossil conifer wood from the same locality. In contrast, a plexiform sympatric sauropod bone displays continuous growth, free of LAGs and has a lower intra-bone variation of less than or equal to 0.8parts per thousand. Differences in bone histology are also reflected in the oxygen isotopic composition and its intra-bone variability, indicating different physiological responses to external climatic stress between sympatric dinosaur species. Seasonal intra-bone oxygen isotope variations combined with bone histology may thus yield new insights into species-specific response to climatic stress and its influence on dinosaur growth, formation of growth marks, growth rates, as welt as dinosaur thermophysiology. (C) 2004 Elsevier B.V All rights reserved.

Evolving team compositions by agent swapping

Optimizing collective behavior in multiagent systems requires algorithms to find not only appropriate individual behaviors but also a suitable composition of agents within a team. Over the last two decades, evolutionary methods have emerged as a promising approach for the design of agents and their compositions into teams. The choice of a crossover operator that facilitates the evolution of optimal team composition is recognized to be crucial, but so far, it has never been thoroughly quantified. Here, we highlight the limitations of two different crossover operators that exchange entire agents between teams: restricted agent swapping (RAS) that exchanges only corresponding agents between teams and free agent swapping (FAS) that allows an arbitrary exchange of agents. Our results show that RAS suffers from premature convergence, whereas FAS entails insufficient convergence. Consequently, in both cases, the exploration and exploitation aspects of the evolutionary algorithm are not well balanced resulting in the evolution of suboptimal team compositions. To overcome this problem, we propose combining the two methods. Our approach first applies FAS to explore the search space and then RAS to exploit it. This mixed approach is a much more efficient strategy for the evolution of team compositions compared to either strategy on its own. Our results suggest that such a mixed agent-swapping algorithm should always be preferred whenever the optimal composition of individuals in a multiagent system is unknown.

Hydrogen isotope fractionations between amphiboles, micas, and fluids in alkaline igneous intrusions

RÉSUMÉ DE LA THÈSE Les teneurs des amphiboles en éléments majeurs et en isotopes stables ont été analysées dans plusieurs complexes ignés alcalins et hyperalcalins, dans le but de déterminer l'importance des variations de composition des minéraux pour le fractionnement isotopique de l'hydrogène dans un système naturel minéral-magma-fluide. Cette étude se concentre principalement sur les syénites néphéliniques de complexes intrusifs alcalins bien connus mais à chimie variable, dont les amphiboles, ainsi que d'autres silicates hydratés tels que micas et eudialytes, lorsque cela était possible, ont été séparés. L'intérêt principal s'est porté sur le complexe alcalin d'Ilímaussaq de la Province du Gardar, au Sud du Groenland. Dans une optique de comparaison, nous avons collecté et analysé d'autres échantillons provenant du complexe de Tugtutôq (Sud Groenland), des complexes de Khibina et Lovozero (Péninsule de Kola, Russie), du Mont St-Hilaire et du Mont Royal (Canada) et de 6 autres du nord-ouest de la Namibie (Cape Cross, Okenyenya, Messum, Etaneno, Kalkfeld,et Okorusu). Les compositions isotopiques de l'hydrogène des amphiboles des ces différentes zones présentent de grandes variations (-227 à -700/00), ce qui est atypique pour des magmas d'origine mantellique. Les valeurs comprises entre -80 et -400/00 indiquent une provenance du manteau. Ces larges variations de compositions ainsi que l'extrême appauvrissement en isotope lourd de l'hydrogène (D), en comparaison avec d'autres roches ignées, semblent être propres.aux roches alcalines et hyperalcalines de ce type, ce qui indiquerait un processus commun. Les différents complexes alcalins choisis présentent un large intervalle de composition chimique des amphiboles. La caractérisation des amphiboles par microscopie électronique et par spectroscopie Mössbauer contribuent à observer le contrôle du Fe sur le fractionnement des isotopes de l'hydrogène. En effet, cela a mis en évidence un contrôle du Fe sur le fractionnement et même, dans le cas du complexe hyperalcalin d'Ilímaussaq, une relation entre le rapport Fei3+/FeT et les variations du rapport D/H. Les complexes étudiés diffèrent de par leur index agpaïtique (Na+K/Al) et également de par leur contenu en fer. Les plus hautes valeurs en Fe (27-35 wt%) et en éléments alcalins dans les amphiboles, ainsi que les teneurs de D/H les plus basses et leur grande variation, sont celles du complexe d'Ilímaussaq. Les amphiboles de la Péninsule de Kola et du Canada sont similaires, mais toutefois moins appauvries en D. En ce qui concerne les amphiboles des complexes du NO de la Namibie, elles présentent des compositions isotopiques de l'hydrogène magmatiques normales (-73 à -100 0/00), contiennent moins de Fe (15-17 wt%) et sont fortement enrichies en Ca et moins en Na. Dans ce cas, l'alcalinité est moins importante en comparaison des autres complexes étudiés. En dehors des teneurs en éléments alcalins des amphiboles, l'alcalinité des fluides s'avère également un facteur important, ce qui est cohérent avec certaines suggestions à partir de systèmes expérimentaux. Afin de mieux contraindre ce facteur, des expériences d'échanges hydrothermaux entre les amphiboles et les fluides de salinité différente ont été effectuées en simulant des conditions naturelles. L'approximation d'amphiboles naturelles de complexes ignés alcalins, couplée aux expériences d'échange, aide à préciser les facteurs contrôlant le fractionnement des isotopes de l'hydrogène dans les roches alcalines. Les valeurs extrêmement basses de 3D des amphiboles de ces complexes alcalins peuvent être dues à une combinaison de différents facteurs, telles qu'une haute alcalinité, une haute teneur en Fe et une faible profondeur d'intrusion. Les grandes variations ainsi que les faibles valeurs de SD des amphiboles étudiées peuvent résulter d'un processus magmatique interne et il est peu probable que de l'eau météorique soit impliquée et/ou que le dégazage magmatique ait joué un rôle. THESIS ABSTRACT Major element and stable isotope compositions of amphiboles were analyzed from a number of alkaline and peralkaline igneous complexes in order to determine the importance of compositional variations in minerals to hydrogen isotope fractionations in natural mineral-melt-fluid systems. The thesis mainly focuses on nepheline syenites of well-studied, but chemically variable alkaline intrusive rocks, from which amphiboles and, if possible, other hydrous silicates such as micas and eudialytes were separated. The system of primary interest was the alkaline Ilímaussaq Complex of the Gardar Province of South Greenland. For the purpose of comparison additional samples were collected and examined from the Tugtutôq Complex (South Greenland), the Khibina and Lovozero Complexes (Kola Peninsular, Russia), Mount St-Hilaire and Mount Royal (Canada) and six further complexes from NW Namibia (Cape Cross, Okenyenya, Messum, Etaneno, Kalkfeld, and Okorusu). The hydrogen isotope compositions of amphiboles from the localities studied differ greatly, which is atypical for amphiboles from mantle, range between - 227 and - 700/00 (latter compatible with a simple mantle origin). As this wide range in compositions and the extreme depletion in the heavy hydrogen isotope (D) content relative to other igneous rocks appear to be unique to alkaline to peralkaline rocks of this type, a common process is indicated. The different alkaline complexes chosen cover a wide range of amphibole chemical compositions. Detailed chemical characterization of amphiboles by electron microprobe and Mössbauer spectroscopy analyses helped to constrain the control of Fe on the H-isotope fractionations. Complete characterization of the chemical compositions of the amphiboles support Fe-control on fractionations and at least for the peralkaline Ilímaussaq complex a relationship between Fe3+/FeT ratios and variations in D/H. The studied complexes differ in their agpaitic index (Na+K/Al) and also in their Fe-content. The most iron (27-35 wt. %) and alkaline element rich amphiboles, with the lowermost D/H ratio, as well with very wide range, are the ones from Ilímaussaq complex. Similar, but less D depleted amphiboles are from the Kola Peninsula and the Canadian localities. The complexes described from NW Namibia have amphiboles with normal magmatic hydrogen isotope composition (-730/00 to -1000/00), and have less Fe-content (15-17 wt. %), and are more Ca-and less Na-rich. In this case alkalinity is not that important in comparison to the other studied complexes. Beside the alkaline element contents in the amphiboles, the alkalinity of the fluids has been found to be an important factor, in conjunction with earlier suggestions from experimental systems. To further constrain this factor, hydrothermal exchange experiments between amphiboles and fluids of different salinity simulating natural conditions were performed. The approach of examining natural amphiboles from alkaline igneous complexes in parallel to performing exchange experiments - helped to further constrain the factors controlling the H-isotope fractionations in alkaline rocks. The observed changes between the hydrogen and oxygen isotope compositions of amphiboles and fluids before and after the experiments suggest that another phase was produced during the experiments, which influenced the final hydrogen isotope composition of the system. This presumably hydrous phase has also influenced the Fe3 +/Fe2+ ratio of the amphiboles, which became more oxidized. The extremely low SD values of amphiboles in these alkaline complexes may be due to a combination of different factors such as high alkalinity, high Fe-content, and shallow intrusion depths. This wide range and the low SD values of the amphiboles studied might be a result of internal, magmatic processes and it is unlikely that meteoric water was involved and/or magmatic degassing played an important role. RÉSUMÉ DE LA THÈSE (pour le grand public) Fractionnement isotopique de l'hydrogène entre amphiboles, micas et fluides dans des intrusions alcalines Zsófia Wáczek Directeur de thèse, Prof. Torsten W. Vennemann Institut de Minéralogie et Géochimie, Université de Lausanne Les roches alcalines et celles qui leurs sont associées sont des sources importantes de nombreux minéraux et minerais, tels l'apatite, le niobium, le diamant et autres pierres précieuses. Cette étude se concentre sur des complexes alcalins localisés dans le sud du Groenland, au Canada, dans la péninsule de Kola en Russie et au nord-ouest de la Namibie. Ces complexes sont composés de roches ayant cristallisé à partir de magmas et de fluides très enrichis en alcalins. Cet enrichissement permet la précipitation de minéraux inhabituels riches en potassium et/ou sodium, telles les amphiboles sodiques, également enrichies en fer. Les amphiboles étudiées ont des compositions calciques, sodi-calciques et sodiques, qui reflètent leurs différents environnements de formation. Des études précédentes ont révélé une large gamme de rapports isotopiques de l'hydrogène dans les amphiboles de roches hyperalcalines, dont certains extrêmement bas. Cette variation importante est très intrigante, sachant que des valeurs entre -40 et -800/00 correspondent à des silicates ignés hydratés et non altérés, alors que des valeurs descendant jusqu'a -1500/00 nécessiteraient une altération par de l'eau météorique et/ou une contamination par les roches environnantes ou des sédiments riches en matière organique. Dans lé cas précis du complexe d'Ilímaussaq (sud du Groenland), aucune de ces explications n'a pu être démontrée et des valeurs encore plus faibles ont été trouvées. Le complexe d'Ilímaussaq présente des valeurs de rapport isotopique de l'hydrogène entre -227 et -500/00 dans les amphiboles. Une origine mantellique permet d'expliquer les valeurs élevées, mais d'autres processus doivent entrer en jeu pour engendrer les valeurs les plus négatives. C'est à l'identification de ces processus que nous nous sommes attachés dans ce travail. Les grandes variations observées dans les teneurs en fer et dans le rapport Fe3+/FeT des roches et des minéraux de ces complexes sont corrélées avec d'autres paramètres chimiques, tels que la composition isotopique de l'hydrogène dans les amphiboles. Nous avons dès lors abordé les questions suivantes: quelle est la relation entre la teneur en fer des amphiboles et leur composition isotopique? Que nous apprennent les changements de la teneur en fer et les changements dans le rapport Fe3+/FeT sur les processus pétrologiques dans ces roches? Pour répondre à ces questions, nous avons analysé les compositions isotopiques de l'oxygène et de l'hydrogène dans les amphiboles et d'autres silicates hydratés. La composition chimique et le rapport Fe3+/FeT des amphiboles ont également été déterminés. Des expériences hydrothermales simulant des conditions naturelles ont été entreprises afin de mieux comprendre les processus de fractionnement isotopiques dans ces systèmes très alcalins. Nos conclusions sont les suivantes: (1) Les valeurs extrêmement faibles ainsi que les larges variations des rapports isotopiques de l'hydrogène des amphiboles de ces complexes alcalins sont dues à une combinaison de facteurs tels que la forte alcalinité, la haute teneur en fer et la profondeur très faible de l'intrusion. (2) Ces valeurs sont probablement le résultat de processus magmatiques internes. (3) Il est peu probable que les eaux météoriques et/ou le dégazage magmatique aient joué un rôle lors de la formation de ces amphiboles. (4) Certaines corrélations, en accord avec les études précédentes, ont pu être trouvées au niveau des concentrations en fer. (5) Dans le cas du complexe d'Ilímaussaq exclusivement, une relation a été trouvée entre le rapport Fe3+/FeT et la composition isotopique de l'hydrogène des amphiboles.

Controls on ostracod valve geochemistry: Part 2. Carbon and oxygen isotope compositions

The stable carbon and oxygen isotope compositions of fossil ostracods are powerful tools to estimate past environmental and climatic conditions. The basis for such interpretations is that the calcite of the valves reflects the isotopic composition of water and its temperature of formation. However, calcite of ostracods is known not to form in isotopic equilibrium with water and different species may have different offsets from inorganic precipitates of calcite formed under the same conditions. To estimate the fractionation during ostracod valve calcification, the oxygen and carbon isotope compositions of 15 species living in Lake Geneva were related to their autoecology and the environmental parameters measured during their growth. The results indicate that: (1) Oxygen isotope fractionation is similar for all species of Candoninae with an enrichment in 18O of more than 30/00 relative to equilibrium values for inorganic calcite. Oxygen isotope fractionation for Cytheroidea is less discriminative relative to the heavy oxygen, with enrichments in 18O for these species of 1.7 to 2.30/00. Oxygen isotope fractionations for Cyprididae are in-between those of Candoninae and Cytheroidea. The difference in oxygen isotope fractionation between ostracods and inorganic calcite has been interpreted as resulting from a vital effect. (2) Comparison with previous work suggests that oxygen isotope fractionation may depend on the total and relative ion content of water. (3) Carbon isotope compositions of ostracod valves are generally in equilibrium with DIC. The specimens' δ13C values are mainly controlled by seasonal variations in δ13CDIC of bottom water or variation thereof in sediment pore water. (4) Incomplete valve calcification has an effect on carbon and oxygen isotope compositions of ostracod valves. Preferential incorporation of at the beginning of valve calcification may explain this effect. (5) Results presented here as well as results from synthetic carbonate growth indicate that different growth rates or low pH within the calcification site cannot be the cause of oxygen isotope 'vital effects' in ostracods. Two mechanisms that might enrich the 18O of ostracod valves are deprotonation of that may also contribute to valve calcification, and effects comparable to salt effects with high concentrations of Ca and/or Mg within the calcification site that may also cause a higher temperature dependency of oxygen isotope fractionation.

Melt variability in percolated peridotite: an experimental study applied to reactive migration of tholeiitic basalt in the upper mantle

Melt-rock reaction in the upper mantle is recorded in a variety of ultramafic rocks and is an important process in modifying melt composition on its way from the source region towards the surface. This experimental study evaluates the compositional variability of tholeiitic basalts upon reaction with depleted peridotite at uppermost-mantle conditions. Infiltration-reaction processes are simulated by employing a three-layered set-up: primitive basaltic powder ('melt layer') is overlain by a 'peridotite layer' and a layer of vitreous carbon spheres ('melt trap'). Melt from the melt layer is forced to move through the peridotite layer into the melt trap. Experiments were conducted at 0.65 and 0.8 GPa in the temperature range 1,170-1,290 degrees C. In this P-T range, representing conditions encountered in the transition zone (thermal boundary layer) between the asthenosphere and the lithosphere underneath oceanic spreading centres, the melt is subjected to fractionation, and the peridotite is partially melting (T (s) similar to 1,260 degrees C). The effect of reaction between melt and peridotite on the melt composition was investigated across each experimental charge. Quenched melts in the peridotite layers display larger compositional variations than melt layer glasses. A difference between glasses in the melt and peridotite layer becomes more important at decreasing temperature through a combination of enrichment in incompatible elements in the melt layer and less efficient diffusive equilibration in the melt phase. At 1,290A degrees C, preferential dissolution of pyroxenes enriches the melt in silica and dilutes it in incompatible elements. Moreover, liquids become increasingly enriched in Cr(2)O(3) at higher temperatures due to the dissolution of spinel. Silica contents of liquids decrease at 1,260 degrees C, whereas incompatible elements start to concentrate in the melt due to increasing levels of crystallization. At the lowest temperatures investigated, increasing alkali contents cause silica to increase as a consequence of reactive fractionation. Pervasive percolation of tholeiitic basalt through an upper-mantle thermal boundary layer can thus impose a high-Si 'low-pressure' signature on MORB. This could explain opx + plag enrichment in shallow plagioclase peridotites and prolonged formation of olivine gabbros.

Stable isotope geochemistry and phase-equilibria of coesite-bearing whiteschists, Dora Maira massif, Western Alps

Peak metamorphic temperatures for the coesite-pyrope-bearing whiteschists from the Dora Maira Massif, western Alps were determined with oxygen isotope thermometry. The deltaO-18(SMOW) values of the quartz (after coesite) (delta O-18 = 8.1 to 8.6 parts per thousand, n = 6), phengite (6.2 to 6.4 parts per thousand, n = 3), kyanite (6.1 parts per thousand, n = 2), garnet (5.5 to 5.8 parts per thousand, n = 9), ellenbergerite (6.3 parts per thousand, n = 1) and rutile (3.3. to 3.6 parts per thousand, n = 3) reflect isotopic equilibrium. Temperature estimates based on quartz-garnet-rutile fractionation are 700-750-degrees-C. Minimum pressures are 31-32 kb based on the pressure-sensitive reaction pyrope + coesite = kyanite + enstatite. In order to stabilize pyrope and coesite by the temperature-sensitive dehydration reaction talc + kyanite = pyrope + coesite + H2O, the a(H2O) must be reduced to 0.4-0.75 at 700 750-degrees-C. The reduced a(H2O) cannot be due to dilution by CO2, as pyrope is not stable at X (CO2) > 0.02 (T = 750-degrees-C; P = 30 kb). In the absence of a more exotic fluid diluent (e.g. CH4 or N2), a melt phase is required. Granite solidus temperatures are approximately 680-degrees-C/30 kb at a(H2O) = 1.0 and are calculated to be approximately 70-degrees-C higher at a(H2O) = 0.7, consistent with this hypothesis. Kyanite-jadeite-quartz bands may represent a relict melt phase. Peak P-T-f(H2O) estimates for the whiteschist are 34 +/- 2 kb, 700-750-degrees-C and 0.4-0.75. The oxygen isotope fractionation between quartz (deltaO-18 = 11.6%.) and garnet (deltaO-18 = 8.7 parts per thousand) in the surrounding orthognesiss is identical to that in the coesite-bearing unit, suggesting that the two units shared a common, final metamorphic history. Hydrogen isotope measurements were made on primary talc and phengite (deltaD(smow) = -27 to -32 parts per thousand), on secondary talc and chlorite after pyrope (deltaD = - 39 to - 44 parts per thousand) and on the surrounding biotite (deltaD = -64 parts per thousand) and phengite (deltaD = -44 parts per thousand) gneiss. All phases appear to be in near-equilibrium. The very high deltaD values for the primary hydrous phases is consistent with an initial oceanic-derived/connate fluid source. The fluid source for the retrograde talc + chlorite after pyrope may be fluids evolved locally during retrograde melt crystallization. The similar deltaD, but dissimilar deltaO-18 values of the coesite-bearing whiteschists and hosting orthogneiss suggest that the two were in hydrogen isotope equilibrium, but not oxygen isotope equilibrium. The unusual hydrogen and oxygen isotope compositions of the coesite-bearing unit can be explained as the result of metasomatism from slab-derived fluids at depth.

The Gronnedal-Ika carbonatite-syenite complex, South Greenland: Carbonatite formation by liquid immiscibility

The Gronnedal-Ika complex is dominated by layered nepheline syenites which were intruded by a xenolithic syenite and a central plug of calcite to calcite-siderite carbonatite. Aegirine-augite, alkali feldspar and nepheline are the major mineral phases in the syenites, along with rare calcite. Temperatures of 680-910degreesC and silica activities of 0.28-0.43 were determined for the crystallization of the syenites on the basis of mineral equilibria. Oxygen fugacities, estimated using titanomagnetite compositions, were between 2 and 5 log units above the fayalite-magnetite-quartz buffer during the magmatic stage. Chondrite-normalized REE patterns of magmatic calcite in both carbonatites and syenites are characterized by REE enrichment (La-CN-Yb-CN = 10-70). Calcite from the carbonatites has higher Ba (similar to5490 ppm) and lower HREE concentrations than calcite from the syenites (54-106 ppm Ba). This is consistent with the behavior of these elements during separation of immiscible silicate-carbonate liquid pairs. epsilon(Nd)(T = 1.30 Ga) values of clinopyroxenes from the syenites vary between +1.8 and +2.8, and epsilon(Nd)(T) values of whole-rock carbonatites range from +2.4 to +2.8. Calcite from the carbonatites has delta(18)O values of 7.8 to 8.6parts per thousand and delta(13)C values of -3.9 to -4.6parts per thousand. delta(18)O values of clinopyroxene separates from the nepheline syenites range between 4.2 and 4.9parts per thousand. The average oxygen isotopic composition of the nepheline syenitic melt was calculated based on known rock-water and mineral-water isotope fractionation to be 5.7 +/- 0.4parts per thousand. Nd and C-O isotope compositions are typical for mantle-derived rocks and do not indicate significant crustal assimilation for either syenite or carbonatite magmas. The difference in delta(18)O between calculated syenitic melts and carbonatites, and the overlap in epsilon(Nd) values between carbonatites and syenites, are consistent with derivation of the carbonatites from the syenites via liquid immiscibility.

Nd and Sr isotope compositions in modern and fossil bones - Proxies for vertebrate provenance and taphonomy

Rare earth elements (REE), while not essential for the physiologic functions of animals, are ingested and incorporated in ppb concentrations in bones and teeth. Nd isotope compositions of modern bones of animals from isotopically distinct habitats demonstrate that the (143)Nd/(144)Nd of the apatite can be used as a fingerprint for bedrock geology or ambient water mass. This potentially allows the provenance and migration of extant vertebrates to be traced, similar to the use of Sr isotopes. Although REE may be enriched by up to 5 orders of magnitude during diagenesis and recrystallization of bone apatite, in vivo (143)Nd/(144)Nd may be preserved in the inner cortex of fossil bones or enamel. However, tracking the provenance of ancient or extinct vertebrates is possible only for well-preserved archeological and paleontological skeletal remains with in vivo-like Nd contents at the ppb-level. Intra-bone and -tooth REE analysis can be used to screen for appropriate areas. Large intra-bone Nd concentration gradients of 10(1)-10(3) are often measured. Nd concentrations in the inner bone cortex increase over timescales of millions of years, while bone rims may be enriched over millenial timescales. Nevertheless, epsilon(Nd) values are often similar within one epsilon(Nd) unit within a single bone. Larger intra-bone differences in specimens may either reflect a partial preservation of in vivo values or changing epsilon(Nd) values of the diagenetic fluid during fossilization. However, most fossil specimens and the outer rims of bones will record taphonomic (143)Nd/(144)Nd incorporated post mortem during diagenesis. Unlike REE patterns, (143)Nd/(144)Nd are not biased by fractionation processes during REE-uptake into the apatite crystal lattice, hence the epsilon(Nd) value is an important tracer for taphonomy and reworking. Bones and teeth from autochthonous fossil assemblages have small variations of +/- 1 epsilon(Nd) unit only. In contrast, fossil bones and teeth from over 20 different marine and terrestrial fossil sites have a total range of epsilon(Nd) values from -13.0 to 4.9 (n = 80), often matching the composition of the embedding sediment. This implies that the surrounding sediment is the source of Nd in the fossil bones and that the specimens of this study seem not to have been reworked. Differences in epsilon(Nd) values between skeletal remains and embedding sediment may either indicate reworking of fossils and/or a REE-uptake from a diagenetic fluid with non-sediment derived epsilon(Nd) values. The latter often applies to fossil shark teeth, which may preserve paleo-seawater values. Complementary to epsilon(Nd) values, (87)Sr/(86)Sr can help to further constrain the fossil provenance and reworking. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Origin of CO2 and carbonate veins in mantle-derived xenoliths in the Pannonian Basin

The origin and evolution of CO2 inclusions and calcite veins in peridotite xenoliths of the Pannonian Basin, Hungary, were investigated by means of petrographic investigation and stable isotope analyses. The fluid inclusions recovered in paragenetic olivine and clinopyroxene belong to distinct populations: type A (texturally early) inclusions with regular shapes (often with negative crystal forms) forming intragranular trails, type B (texturally late) inclusions defining randomly oriented trails that reach grain boundaries Type B inclusions are often associated with silicate melt (type C) inclusions Stable carbon isotope compositions in inclusion-hosted CO2 were obtained by vacuum crushing followed by conventional dual inlet as well as continuous flow mass spectrometry in order to eliminate possible lab artifacts. Olivines, clino- and orthopyroxenes of the host peridotite have oxygen isotope compositions from 5.3 to 6.0 parts per thousand (relative to V-SMOW). without any relationship with xenolith texture. Some of the xenoliths contained calcite in various forms veins and infillings in silicate globules in veins, secondary carbonate veins filling cracks and metasomatic veins with diffuse margins The former two carbonate types have delta C-13 values around -13 parts per thousand (relative to V-PDB) and low Sr contents (<05 wt %), whereas the third type,veins with high-temperature metasomatic features have a delta C-13 value of -5 0 parts per thousand and high Sr contents up to 34 wt.% In spite of the mantle-like delta C-13 value and the unusually high Sr content typical for mantle-derived carbonate, trace element compositions have proven a crustal origin. This observation supports the conclusions of earlier studies that the carbonate melt droplets found on peridotite xenoliths in the alkaline basalts represent mobilized sedimentary carbonate. The large delta C-13 range and the C-12-enrichment in the carbonates can be attributed to devolanlization of the migrating carbonate or infiltration of surficial fluids containing C-12-rich dissolved carbon Carbon isotope compositions of inclusion-hosted CO2 range from -17 8 to -4.8 parts per thousand (relative to V-PDB) with no relation to the amount of CO2 released by vacuum crushing. Low-delta C-13 values measured by stepwise heating under vacuum suggest that the carbon component is pristine and not related to surficial contamination, and that primary mantle fluids with delta C-13 values around -5 parts per thousand were at least partly preserved in the xenoliths Tectonic reworking and heating by the basaltic magma resulted in partial CO2 release and local C-13-depletion. (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved

Mixing of Rhône River water in Lake Geneva (Switzerland-France) inferred from stable hydrogen and oxygen isotope profiles

Depth profiles were sampled at different locations throughout Lake Geneva on a monthly and seasonal basis over the course of 2 years and analysed for their stable hydrogen and oxygen isotope compositions. The isotopic compositions indicate an isotopic stratification in the metalimnion during summer and fall. This is related to mixing of Rhône River water, which in summer is dominated by snow and glacier melt waters, and lake water, with the latter having a homogenous isotopic composition. The observed interflow layer is 7-15 m thick and can be traced by the distinct stable isotope composition of the water for about 55 km throughout the lake as well as into shallow bay regions. Depth of the interflow layer close to the Rhône River mouth is similar to those previously described based on echo-soundings and turbidity profiles of sediment dispersion. In contrast to previous descriptions of the interflow within Lake Geneva, the stable isotope compositions allow for direct, natural tracing of the Rhône River water even in cases where the turbidity and conductivity measurements do not indicate such an interflow. In addition, the method allows for a quantification of the Rhône River and lake water in the interflow with the fraction of Rhône River water within the interflow estimated to be up to 37% in summer. The isotopic composition further indicates different vertical mixing processes within the two lake basins of Lake Geneva, related to the density gradients and local stability within the water column. The method may be applicable to other lakes in catchments with large differences in the topography as water that originates from high altitudes or glaciers has a distinct oxygen and hydrogen isotope composition compared to other sources of water originating at lower altitudes and/or from direct precipitation over the lake. Stable isotope measurements thus improve the understanding of the circulation of water within the lake, which is fundamental for an evaluation of the water residence times, dissolved pollutant and nutrient transport as well as oxygenation.