Focused time-lapse inversion of radio and audio magnetotelluric data

Geoelectrical techniques are widely used to monitor groundwater processes, while surprisingly few studies have considered audio (AMT) and radio (RMT) magnetotellurics for such purposes. In this numerical investigation, we analyze to what extent inversion results based on AMT and RMT monitoring data can be improved by (1) time-lapse difference inversion; (2) incorporation of statistical information about the expected model update (i.e., the model regularization is based on a geostatistical model); (3) using alternative model norms to quantify temporal changes (i.e., approximations of l(1) and Cauchy norms using iteratively reweighted least-squares), (4) constraining model updates to predefined ranges (i.e., using Lagrange Multipliers to only allow either increases or decreases of electrical resistivity with respect to background conditions). To do so, we consider a simple illustrative model and a more realistic test case related to seawater intrusion. The results are encouraging and show significant improvements when using time-lapse difference inversion with non l(2) model norms. Artifacts that may arise when imposing compactness of regions with temporal changes can be suppressed through inequality constraints to yield models without oscillations outside the true region of temporal changes. Based on these results, we recommend approximate l(1)-norm solutions as they can resolve both sharp and smooth interfaces within the same model. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structure et évolution thermique de la croûte supérieure des chaînes de subduction : approches thermologique et modélisation numérique, dans les North Cascades (U.S.A) et de la zone de faille Motagua (Guatemala)

Cette thèse cible l'étude de la structure thermique de la croûte supérieure (<10km) dans les arcs magmatiques continentaux, et son influence sur l'enregistrement thermochronologique de leur exhumation et de leur évolution topographique. Nous portons notre regard sur deux chaînes de montagne appartenant aux Cordillères Américaines : Les Cascades Nord (USA) et la zone de faille Motagua (Guatemala). L'approche utilisée est axée sur la thermochronologie (U-Th-Sm)/He sur apatite et zircon, couplée avec la modélisation numérique de la structure thermique de la croûte. Nous mettons en évidence la variabilité à la fois spatiale et temporelle du gradient géothermique, et attirons l'attention du lecteur sur l'importance de prendre en compte la multitude des processus géologiques perturbant la structure thermique dans les chaînes de type cordillère, c'est à dire formées lors de la subduction océanique sous un continent.Une nouvelle approche est ainsi développée pour étudier et contraindre la perturbation thermique autour des chambres magmatiques. Deux profiles âge-elevation (U-Th-Sm)/He sur apatite et zircon, ont été collectées 7 km au sud du batholithe de Chilliwack, Cascades Nord. Les résultats montrent une variabilité spatiale et temporelle du gradient géothermique lors de l'emplacement magmatique qui peut être contrainte et séparé de l'exhumation. Durant l'emplacement de l'intrusion, la perturbation thermique y atteint un état d'équilibre (-80-100 °C/km) qui est fonction du flux de magma et de ia distance à la source du magma, puis rejoint 40 °C/km à la fin du processus d'emplacement magmatique.Quelques nouvelles données (U-Th)/He, replacées dans une compilation des données existantes dans les Cascades Nord, indiquent une vitesse d'exhumation constante (-100 m/Ma) dans le temps et l'espace entre 35 Ma et 2 Ma, associée à un soulèvement uniforme de la chaîne contrôlé par l'emplacement de magma dans la croûte durant toute l'activité de l'arc. Par contre, après ~2 Ma, le versant humide de la chaîne est affecté par une accélération des taux d'exhumation, jusqu'à 3 km de croûte y sont érodés. Les glaciations ont un triple effet sur l'érosion de cette chaîne: (1) augmentation des vitesses d'érosion, d'exhumation et de soulèvement la où les précipitations sont suffisantes, (2) limitation de l'altitude contrôlé par la position de Γ Ε LA, (3) élargissement du versant humide et contraction du versant aride de la chaîne.Les modifications des réseaux de drainage sont des processus de surface souvent sous-estimés au profil d'événements climatiques ou tectoniques. Nous proposons une nouvelle approche couplant une analyse géomorphologique, des données thermochronologiques de basse température ((U-Th-Sm)/He sur apatite et zircon), et l'utilisation de modélisation numérique thermo-cinématique pour les mettre en évidence et les dater; nous testons cette approche sur la gorge de la Skagit river dans les North Cascades.De nouvelles données (U-Th)/He sur zircons, complétant les données existantes, montrent que le déplacement horizontal le long de la faille transformante continentale Motagua, la limite des plaques Caraïbe/Amérique du Nord, a juxtaposé un bloc froid, le bloc Maya (s.s.), contre un bloque chaud, le bloc Chortis (s.s.) originellement en position d'arc. En plus de donner des gammes d'âges thermochronologiques très différents des deux côtés de la faille, le déplacement horizontal rapide (~2 cm/a) a produit un fort échange thermique latéral, résultant en un réchauffement du côté froid et un refroidissement du côté chaud de la zone de faille de Motagua.Enfin des données (U-Th-Sm)/He sur apatite témoignent d'un refroidissement Oligocène enregistré uniquement dans la croûte supérieure de la bordure nord de la zone de faille Motagua. Nous tenterons ultérieurement de reproduire ce découplage vertical de la structure thermique par la modélisation de la formation d'un bassin transtensif et de circulation de fluides le long de la faille de Motagua. - This thesis focuses on the influence of the dynamic thermal structure of the upper crust (<10km) on the thermochronologic record of the exhumational and topographic history of magmatic continental arcs. Two mountain belts from the American Cordillera are studied: the North Cascades (USA) and the Motagua fault zone (Guatemala). I use a combined approach coupling apatite and zircon (U-Th-Sm}/He thermochronology and thermo- kinematic numerical modelling. This study highlights the temporal and spatial variability of the geothermal gradient and the importance to take into account the different geological processes that perturb the thermal structure of Cordilleran-type mountain belts (i.e. mountain belts related to oceanic subduction underneath a continent}.We integrate apatite and zircon (U-Th)/He data with numerical thermo-kinematic models to study the relative effects of magmatic and surface processes on the thermal evolution of the crust and cooling patterns in the Cenozoic North Cascades arc (Washington State, USA). Two age-elevation profiles that are located 7 km south of the well-studied Chiliiwack intrusions shows that spatial and temporal variability in geothermal gradients linked to magma emplacement can be contrained and separated from exhumation processes. During Chiliiwack batholith emplacement at -35-20 Ma, the geothermal gradient of the country rocks increased to a very high steady-state value (80-100°C/km), which is likely a function of magma flux and the distance from the magma source area. Including temporally varying geothermal gradients in the analysis allows quantifying the thermal perturbation around magmatic intrusions and retrieving a relatively simple denudation history from the data.The synthesis of new and previously published (U-Th)/He data reveals that denudation of the Northern Cascades is spatially and temporally constant at -100 m/Ma between ~32 and ~2 Ma, which likely reflects uplift due to magmatic crustal thickening since the initiation of the Cenozoic stage of the continental magmatic arc. In contrast, the humid flank of the North Cascades is affected by a ten-fold acceleration in exhumation rate at ~2 Ma, which we interpret as forced by the initiation of glaciations; around 3 km of crust have been eroded since that time. Glaciations have three distinct effects on the dynamics of this mountain range: (1) they increase erosion, exhumation and uplift rates where precipitation rates are sufficient to drive efficient glacial erosion; (2) they efficiently limit the elevation of the range; (3) they lead to widening of the humid flank and contraction of the arid flank of the belt.Drainage reorganizations constitute an important agent of landscape evolution that is often underestimated to the benefit of tectonic or climatic events. We propose a new method that integrates geomorphology, low-temperature thermochronometry (apatite and zircon {U-Th-Sm)/He), and 3D numerical thermal-kinematic modelling to detect and date drainage instability producing recent gorge incision, and apply this approach to the Skagit River Gorge, North Cascades.Two zircon (U-Th)/He age-elevation profiles sampled on both sides of the Motagua Fault Zone (MFZ), the boundary between the North American and the Caribbean plates, combined with published thermochronological data show that strike-slip displacement has juxtaposed the cold Maya block (s.s.) against the hot, arc derived, Chortis block (s.s ), producing different age patterns on both sides of the fault and short-wavelength lateral thermal exchange, resulting in recent heating of the cool side and cooling of the hot side of the MFZ.Finally, an apatite (U-Th-Sm)/He age-elevation profile records rapid cooling at -35 Ma localized only in the upper crust along the northern side of the Motagua fault zone. We will try to reproduce these data by modeling the thermal perturbation resulting from the formation of a transtensional basin and of fluid flow activity along a crustal- scale strike-slip fault.

Effect of age on intraoperative cerebrovascular autoregulation and near-infrared spectroscopy-derived cerebral oxygenation.

Background. Age is an important risk factor for perioperative cerebral complications such as stroke, postoperative cognitive dysfunction, and delirium. We explored the hypothesis that intraoperative cerebrovascular autoregulation is less efficient and brain tissue oxygenation lower in elderly patients, thus, increasing the vulnerability of elderly brains to systemic insults such as hypotension.Methods. We monitored intraoperative cerebral perfusion in 50 patients aged 18-40 and 77 patients >65 yr at two Swiss university hospitals. Mean arterial pressure (MAP) was measured continuously using a plethysmographic method. An index of cerebrovascular autoregulation (Mx) was calculated based on changes in transcranial Doppler flow velocity due to changes in MAP. Cerebral oxygenation was assessed by the tissue oxygenation index (TOI) using near-infrared spectroscopy. End-tidal CO(2), O(2), and sevoflurane concentrations and peripheral oxygen saturation were recorded continuously. Standardized anaesthesia was administered in all patients (thiopental, sevoflurane, fentanyl, atracurium).Results. Autoregulation was less efficient in patients aged >65 yr [by 0.10 (SE 0.04; P=0.020)] in a multivariable linear regression analysis. This difference was not attributable to differences in MAP, end-tidal CO2, or higher doses of sevoflurane. TOI was not significantly associated with age, sevoflurane dose, or Mx but increased with increasing flow velocity [by 0.09 (SE 0.04; P=0.028)] and increasing MAP [by 0.11 (SE 0.05; P=0.043)].Conclusions. Our results do not support the hypothesis that older patients' brains are more vulnerable to systemic insults. The difference of autoregulation between the two groups was small and most likely clinically insignificant.

How accurate is the current picture of human genetic variation?

Our understanding of the distribution of worldwide human genomic diversity has greatly increased over recent years thanks to the availability of large data sets derived from short tandem repeats (STRs), insertion deletion polymorphisms (indels) and single nucleotide polymorphisms (SNPs). A concern, however, is that the current picture of worldwide human genomic diversity may be inaccurate because of biases in the selection process of genetic markers (so-called 'ascertainment bias'). To evaluate this problem, we first compared the distribution of genomic diversity between these three types of genetic markers in the populations from the HGDP-CEPH panel for evidence of bias or incongruities. In a second step, using a very relaxed set of criteria to prevent the intrusion of bias, we developed a new set of unbiased STR markers and compared the results against those from available panels. Contrarily to recent claims, our results show that the STR markers suffer from no discernible bias, and can thus be used as a baseline reference for human genetic diversity and population differentiation. The bias on SNPs is moderate compared to that on the set of indels analysed, which we recommend should be avoided for work describing the distribution of human genetic diversity or making inference on human settlement history.

Nucleation and growth of metamorphic minerals in contact aureoles

THESIS ABSTRACT Nucleation and growth of metamorphic minerals are the consequence of changing P-T-X-conditions. The thesis presented here focuses on processes governing nucleation and growth of minerals in contact metamorphic environments using a combination of geochemical analytics (chemical-, isotope-, and trace element composition), statistical treatments of spatial data, and numerical models. It is shown, that a combination of textural modeling and stable isotope analysis allows a distinction between several possible reaction paths for olivine growth in a siliceous dolomite contact aureole. It is suggested that olivine forms directly from dolomite and quartz. The formation of olivine from this metastable reaction implies metamorphic crystallization far from equilibrium. As a major consequence, the spatial distribution of metamorphic mineral assemblages in a contact aureole cannot be interpreted as a proxy for the temporal evolution of a single rock specimen, because each rock undergoes a different reaction path, depending on temperature, heating rate, and fluid-infiltration rate. A detailed calcite-dolomite thermometry study was initiated on multiple scales ranging from aureole scale to the size of individual crystals. Quantitative forward models were developed to evaluate the effect of growth zoning, volume diffusion and the formation of submicroscopic exsolution lamellae (<1 µm) on the measured Mg-distribution in individual calcite crystals and compare the modeling results to field data. This study concludes that Mg-distributions in calcite grains of the Ubehebe Peak contact aureole are the consequence of rapid crystal growth in combination with diffusion and exsolution. The crystallization history of a rock is recorded in the chemical composition, the size and the distribution of its minerals. Near the Cima Uzza summit, located in the southern Adamello massif (Italy), contact metamorphic brucite bearing dolomite marbles are exposed as xenoliths surrounded by mafic intrusive rocks. Brucite is formed retrograde pseudomorphing spherical periclase crystals. Crystal size distributions (CSD's) of brucite pseudomorphs are presented for two profiles and combined with geochemistry data and petrological information. Textural analyses are combined with geochemistry data in a qualitative model that describes the formation periclase. As a major outcome, this expands the potential use of CSD's to systems of mineral formation driven by fluid-infiltration. RESUME DE LA THESE La nucléation et la croissance des minéraux métamorphiques sont la conséquence de changements des conditions de pression, température et composition chimique du système (PT-X). Cette thèse s'intéresse aux processus gouvernant la nucléation et la croissance des minéraux au cours d'un épisode de métamorphisme de contact, en utilisant la géochimie analytique (composition chimique, isotopique et en éléments traces), le traitement statistique des données spatiales et la modélisation numérique. Il est montré que la combinaison d'un modèle textural avec des analyses en isotopes stables permet de distinguer plusieurs chemins de réactions possibles conduisant à la croissance de l'olivine dans une auréole de contact riche en Silice et dolomite. Il est suggéré que l'olivine se forme directement à partir de la dolomie et du quartz. Cette réaction métastable de formation de l'olivine implique une cristallisation métamorphique loin de l'équilibre. La principale conséquence est que la distribution spatiale des assemblages de minéraux métamorphiques dans une auréole de contact ne peut pas être considérée comme un témoin de l'évolution temporelle d'un type de roche donné, puisque chaque type de roche suit différents chemins de réactions, en fonction de la température, la vitesse de réchauffement et le taux d'infiltration du fluide. Une étude thermométrique calcite-dolomite détaillée a été réalisée à diverses échelles, depuis l'échelle de l'auréole de contact jusqu'à l'échelle du cristal. Des modèles numériques quantitatifs ont été développés pour évaluer l'effet des zonations de croissance, de la diffusion volumique et de la formation de lamelles d'exsolution submicroscopiques (<1µm) sur la distribution du magnésium mesuré dans des cristaux de calcite individuels. Les résultats de ce modèle ont été comparés ä des échantillons naturels. Cette étude montre que la distribution du Mg dans les grains de calcite de l'auréole de contact de l'Ubehebe Peak (USA) résulte d'une croissance cristalline rapide, associée aux processus de diffusion et d'exsolution. L'histoire de cristallisation d'une roche est enregistrée dans la composition chimique, la taille et la distribution de ses minéraux. Près du sommet Cima Uzza situé au sud du massif d'Adamello (Italie), des marbres dolomitiques à brucite du métamorphisme de contact forment des xénolithes dans une intrusion mafique. La brucite constitue des pseudomorphes rétrogrades du périclase. Les distributions de taille des cristaux (CSD) des pseudomorphes de brucite sont présentées pour deux profiles et sont combinées aux données géochimiques et pétrologiques. Les analyses textorales sont combinées aux données géochimiques dans un modèle qualitatif qui décrit la formation du périclase. Ceci élargit l'utilisation potentielle de la C5D aux systèmes de formation de minéraux controlés par les infiltrations fluides. THESIS ABSTRACT (GENERAL PUBLIC) Rock textures are essentially the result of a complex interaction of nucleation, growth and deformation as a function of changing physical conditions such as pressure and temperature. Igneous and metamorphic textures are especially attractive to study the different mechanisms of texture formation since most of the parameters like pressure-temperature-paths are quite well known for a variety of geological settings. The fact that textures are supposed to record the crystallization history of a rock traditionally allowed them to be used for geothermobarometry or dating. During the last decades the focus of metamorphic petrology changed from a static point of view, i.e. the representation of a texture as one single point in the petrogenetic grid towards a more dynamic view, where multiple metamorphic processes govern the texture formation, including non-equilibrium processes. This thesis tries to advance our understanding on the processes governing nucleation and growth of minerals in contact metamorphic environments and their dynamic interplay by using a combination of geochemical analyses (chemical-, isotope-, and trace element composition), statistical treatments of spatial data and numerical models. In a first part the thesis describes the formation of metamorphic olivine porphyroblast in the Ubehebe Peak contact aureole (USA). It is shown that not the commonly assumed succession of equilibrium reactions along a T-t-path formed the textures present in the rocks today, but rather the presence of a meta-stable reaction is responsible for forming the olivine porphyroblast. Consequently, the spatial distribution of metamorphic minerals within a contact aureole can no longer be regarded as a proxy for the temporal evolution of a single rock sample. Metamorphic peak temperatures for samples of the Ubehebe Peak contact aureole were determined using calcite-dolomite. This geothermometer is based on the temperature-dependent exchange of Mg between calcite and dolomite. The purpose of the second part of this thesis was to explain the interfering systematic scatter of measured Mg-content on different scales and thus to clarify the interpretation of metamorphic temperatures recorded in carbonates. Numerical quantitative forward models are used to evaluate the effect of several processes on the distribution of magnesium in individual calcite crystals and the modeling results were then compared to measured field. Information about the crystallization history is not only recorded in the chemical composition of grains, like isotope composition or mineral zoning. Crystal size distributions (CSD's) provide essential information about the complex interaction of nucleation and growth of minerals. CSD's of brucite pseudomorphs formed retrograde after periclase of the southern Adamello massif (Italy) are presented. A combination of the textural 3D-information with geochemistry data is then used to evaluate reaction kinetics and to constrain the actual reaction mechanism for the formation of periclase. The reaction is shown to be the consequence of the infiltration of a limited amount of a fluid phase at high temperatures. The composition of this fluid phase is in large disequilibrium with the rest of the rock resulting in very fast reaction rates. RESUME DE LA THESE POUR LE GRAND PUBLIC: La texture d'une roche résulte de l'interaction complexe entre les processus de nucléation, croissance et déformation, en fonction des variations de conditions physiques telles que la pression et la température. Les textures ignées et métamorphiques présentent un intérêt particulier pour l'étude des différents mécanismes à l'origine de ces textures, puisque la plupart des paramètres comme les chemin pression-température sont relativement bien contraints dans la plupart des environnements géologiques. Le fait que les textures soient supposées enregistrer l'histoire de cristallisation des roches permet leur utilisation pour la datation et la géothermobarométrie. Durant les dernières décennies, la recherche en pétrologie métamorphique a évolué depuis une visualisation statique, c'est-à-dire qu'une texture donnée correspondait à un point unique de la grille pétrogénétique, jusqu'à une visualisation plus dynamique, où les multiples processus métamorphiques qui gouvernent 1a formation d'une texture incluent des processus hors équilibre. Cette thèse a pour but d'améliorer les connaissances actuelles sur les processus gouvernant la nucléation et la croissance des minéraux lors d'épisodes de métamorphisme de contact et l'interaction dynamique existant entre nucléation et croissance. Pour cela, les analyses géochimiques (compositions chimiques en éléments majeurs et traces et composition isotopique), le traitement statistique des données spatiales et la modélisation numérique ont été combinés. Dans la première partie, cette thèse décrit la formation de porphyroblastes d'olivine métamorphique dans l'auréole de contact de l'Ubehebe Peak (USA). Il est montré que la succession généralement admise des réactions d'équilibre le long d'un chemin T-t ne peut pas expliquer les textures présentes dans les roches aujourd'hui. Cette thèse montre qu'il s'agirait plutôt d'une réaction métastable qui soit responsable de la formation des porphyroblastes d'olivine. En conséquence, la distribution spatiale des minéraux métamorphiques dans l'auréole de contact ne peut plus être interprétée comme le témoin de l'évolution temporelle d'un échantillon unique de roche. Les pics de température des échantillons de l'auréole de contact de l'Ubehebe Peak ont été déterminés grâce au géothermomètre calcite-dolomite. Celui-ci est basé sur l'échange du magnésium entre la calcite et la dolomite, qui est fonction de la température. Le but de la deuxième partie de cette thèse est d'expliquer la dispersion systématique de la composition en magnésium à différentes échelles, et ainsi d'améliorer l'interprétation des températures du métamorphisme enregistrées dans les carbonates. Des modèles numériques quantitatifs ont permis d'évaluer le rôle de différents processus sur la distribution du magnésium dans des cristaux de calcite individuels. Les résultats des modèles ont été comparés aux échantillons naturels. La composition chimique des grains, comme la composition isotopique ou la zonation minérale, n'est pas le seul témoin de l'histoire de la cristallisation. La distribution de la taille des cristaux (CSD) fournit des informations essentielles sur les interactions entre nucléation et croissance des minéraux. La CSD des pseudomorphes de brucite retrograde formés après le périclase dans le sud du massif Adamello (Italie) est présentée dans la troisième partie. La combinaison entre les données textorales en trois dimensions et les données géochimiques a permis d'évaluer les cinétiques de réaction et de contraindre les mécanismes conduisant à la formation du périclase. Cette réaction est présentée comme étant la conséquence de l'infiltration d'une quantité limitée d'une phase fluide à haute température. La composition de cette phase fluide est en grand déséquilibre avec le reste de la roche, ce qui permet des cinétiques de réactions très rapides.

Cardio respiratory activity in high-anxious vs. low-anxious professional music students before and during performance

Questionnaire studies indicate that high-anxious musicians may suffer from hyperventilation symptoms before and/or during performance. Reported symptoms include amongst others shortness of breath, fast or deep breathing, dizziness and thumping heart. However, no study has yet tested if these self-reported symptoms reflect actual cardio respiratory changes. Disturbances in breathing patterns and hyperventilation may contribute to the often observed poorer performance of anxious musicians under stressful performance situations. The main goal of this study is to determine if music performance anxiety is manifest physiologically in specific correlates of cardio respiratory activity. We studied 74 professional music students divided into two groups (i.e. high-anxious and lowanxious) based on their self-reported performance anxiety in three distinct situations: baseline, private performance (without audience), public performance (with audience). We measured a) breathing patterns, end-tidal carbon dioxide (EtCO2, a good non-invasive estimator for hyperventilation), ECG and b) self-perceived emotions and self-perceived physiological activation. The poster will concentrate on the preliminary results of this study. The focus will be a) on differences between high-anxious and low-anxious musicians regarding breaths per minute and heart rate and b) on the response coherence between self-perceived palpitations and actual heart rate.

Respiration, metabolic balance, and attention in affective picture processing

The jointly voluntary and involuntary control of respiration, unique among essential physiological processes, the interconnection of breathing with and its influence on the autonomic nervous system, and disease states associated with the interface between psychology and respiration (e.g., anxiety disorders, hyperventilation syndrome, asthma) make the study of the relationship between respiration and emotion both theoretically and clinically of great relevance. However, the respiratory behavior during affective states is not yet completely understood. We studied breathing pattern responses to 13 picture series varying widely in their affective tone in 37 adults (18 men, 19 women, mean age 26). Time and volume parameters were recorded with the LifeShirt system (VivoMetrics Inc., Ventura, California, USA, see image). We also measured end-tidal pCO2 (EtCO2) with a Microcap Handheld Capnograph (Oridion Medical 1987 Ltd., Jerusalem, Israel) to determine if ventilation is in balance with metabolic demands and spontaneous eye-blinking to investigate the link between respiration and attention. At the end of each picture series, the participants reported their subjective feeling in the affective dimensions of pleasantness and arousal. Increasing self-rated arousal was associated with increasing minute ventilation but not with decreases in EtCO2, suggesting that ventilatory changes during picture viewing paralleled variations in metabolic activity. EtCO2 correlated with pleasantness, and eye-blink rate decreased with increasing unpleasantness in line with a negativity bias in attention. Like MV, inspiratory drive (i.e., mean inspiratory flow) increased with arousal. This relationship reflected increases in inspiratory volume rather than shortening of the time parameters. This study confirms that respiratory responses to affective stimuli are organized to a certain degree along the dimensions of pleasantness and arousal. It shows, for the first time, that during picture viewing, ventilatory increases with increasing arousal are in balance with metabolic activity and that inspiratory volume is modulated by arousal. MV emerges as the most reliable respiratory index of self-perceived arousal. Finally, end-tidal pCO2 is slightly lower during processing of negative as compared to positive picture contents, which is proposed to enhance sensory perception and reflect a negativity bias in attention.

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.

Two-stage, extreme albitization of A-type granites from Rajasthan, NW India

Albitization is a common process during which hydrothermal fluids convert plagioclase and/or K-feldspar into nearly pure albite; however, its specific mechanism in granitoids is not well understood. The c. 1700 Ma A-type metaluminous ferroan granites in the Khetri complex of Rajasthan, NW India, have been albitized to a large extent by two metasomatic fronts, an initial transformation of oligoclase to nearly pure albite and a subsequent replacement of microcline by albite, with sharp contacts between the microcline-bearing and microcline-free zones. Albitization has bleached the original pinkish grey granite and turned it white. The mineralogical changes include transformation of oligoclase (similar to An(12)) and microcline (similar to Or(95)) to almost pure albite (similar to An(0 center dot 5-2)), amphibole from potassian ferropargasite (X-Fe 0 center dot 84-0 center dot 86) to potassic hastingsite (X-Fe 0 center dot 88-0 center dot 97) and actinolite (X-Fe 0 center dot 32-0 center dot 67), and biotite from annite (X-Fe 0 center dot 71-0 center dot 74) to annite (X-Fe 0 center dot 90-0 center dot 91). Whole-rock isocon diagrams show that, during albitization, the granites experienced major hydration, slight gain in Si and major gain in Na, whereas K, Mg, Fe and Ca were lost along with Rb, Ba, Sr, Zn, light rare earth elements and U. Whole-rock Sm-Nd isotope data plot on an apparent isochron of 1419 +/- 98 Ma and reveal significant disturbance and at least partial resetting of the intrusion age. Severe scatter in the whole-rock Rb-Sr isochron plot reflects the extreme Rb loss in the completely albitized samples, effectively freezing Sr-87/Sr-86 ratios in the albite granites at very high values (0 center dot 725-0 center dot 735). This indicates either infiltration of highly radiogenic Sr from the country rock or, more likely, radiogenic ingrowth during a considerable time lag (estimated to be at least 300 Myr) between original intrusion and albitization. The albitization took place at similar to 350-400 degrees C. It was caused by the infiltration of an ascending hydrothermal fluid that had acquired high Na/K and Na/Ca ratios during migration through metamorphic rocks at even lower temperatures in the periphery of the plutons. Oxygen isotope ratios increase from delta O-18 = 7 parts per thousand in the original granite to values of 9-10 parts per thousand in completely albitized samples, suggesting that the fluid had equilibrated with surrounding metamorphosed crust. A metasomatic model, using chromatographic theory of fluid infiltration, explains the process for generating the observed zonation in terms of a leading metasomatic front where oligoclase of the original granite is converted to albite, and a second, trailing front where microcline is also converted to albite. The temperature gradients driving the fluid infiltration may have been produced by the high heat production of the granites themselves. The confinement of the albitized granites along the NE-SW-trending Khetri lineament and the pervasive nature of the albitization suggest that the albitizing fluids possibly originated during reactivation of the lineament. More generally, steady-state temperature gradients induced by the high internal heat production of A-type granites may provide the driving force for similar metasomatic and ore-forming processes in other highly enriched granitoid bodies.

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.

Surviving Sepsis Campaign: international guidelines for management of severe sepsis and septic shock: 2008.

OBJECTIVE: To provide an update to the original Surviving Sepsis Campaign clinical management guidelines, "Surviving Sepsis Campaign guidelines for management of severe sepsis and septic shock," published in 2004. DESIGN: Modified Delphi method with a consensus conference of 55 international experts, several subsequent meetings of subgroups and key individuals, teleconferences, and electronic-based discussion among subgroups and among the entire committee. This process was conducted independently of any industry funding. METHODS: We used the GRADE system to guide assessment of quality of evidence from high (A) to very low (D) and to determine the strength of recommendations. A strong recommendation indicates that an intervention's desirable effects clearly outweigh its undesirable effects (risk, burden, cost), or clearly do not. Weak recommendations indicate that the tradeoff between desirable and undesirable effects is less clear. The grade of strong or weak is considered of greater clinical importance than a difference in letter level of quality of evidence. In areas without complete agreement, a formal process of resolution was developed and applied. Recommendations are grouped into those directly targeting severe sepsis, recommendations targeting general care of the critically ill patient that are considered high priority in severe sepsis, and pediatric considerations. RESULTS: Key recommendations, listed by category, include: early goal-directed resuscitation of the septic patient during the first 6 hrs after recognition (1C); blood cultures prior to antibiotic therapy (1C); imaging studies performed promptly to confirm potential source of infection (1C); administration of broad-spectrum antibiotic therapy within 1 hr of diagnosis of septic shock (1B) and severe sepsis without septic shock (1D); reassessment of antibiotic therapy with microbiology and clinical data to narrow coverage, when appropriate (1C); a usual 7-10 days of antibiotic therapy guided by clinical response (1D); source control with attention to the balance of risks and benefits of the chosen method (1C); administration of either crystalloid or colloid fluid resuscitation (1B); fluid challenge to restore mean circulating filling pressure (1C); reduction in rate of fluid administration with rising filing pressures and no improvement in tissue perfusion (1D); vasopressor preference for norepinephrine or dopamine to maintain an initial target of mean arterial pressure > or = 65 mm Hg (1C); dobutamine inotropic therapy when cardiac output remains low despite fluid resuscitation and combined inotropic/vasopressor therapy (1C); stress-dose steroid therapy given only in septic shock after blood pressure is identified to be poorly responsive to fluid and vasopressor therapy (2C); recombinant activated protein C in patients with severe sepsis and clinical assessment of high risk for death (2B except 2C for post-operative patients). In the absence of tissue hypoperfusion, coronary artery disease, or acute hemorrhage, target a hemoglobin of 7-9 g/dL (1B); a low tidal volume (1B) and limitation of inspiratory plateau pressure strategy (1C) for acute lung injury (ALI)/acute respiratory distress syndrome (ARDS); application of at least a minimal amount of positive end-expiratory pressure in acute lung injury (1C); head of bed elevation in mechanically ventilated patients unless contraindicated (1B); avoiding routine use of pulmonary artery catheters in ALI/ARDS (1A); to decrease days of mechanical ventilation and ICU length of stay, a conservative fluid strategy for patients with established ALI/ARDS who are not in shock (1C); protocols for weaning and sedation/analgesia (1B); using either intermittent bolus sedation or continuous infusion sedation with daily interruptions or lightening (1B); avoidance of neuromuscular blockers, if at all possible (1B); institution of glycemic control (1B) targeting a blood glucose < 150 mg/dL after initial stabilization ( 2C ); equivalency of continuous veno-veno hemofiltration or intermittent hemodialysis (2B); prophylaxis for deep vein thrombosis (1A); use of stress ulcer prophylaxis to prevent upper GI bleeding using H2 blockers (1A) or proton pump inhibitors (1B); and consideration of limitation of support where appropriate (1D). Recommendations specific to pediatric severe sepsis include: greater use of physical examination therapeutic end points (2C); dopamine as the first drug of choice for hypotension (2C); steroids only in children with suspected or proven adrenal insufficiency (2C); a recommendation against the use of recombinant activated protein C in children (1B). CONCLUSION: There was strong agreement among a large cohort of international experts regarding many level 1 recommendations for the best current care of patients with severe sepsis. Evidenced-based recommendations regarding the acute management of sepsis and septic shock are the first step toward improved outcomes for this important group of critically ill patients.

Neurally adjusted ventilatory assist can improve arterial oxygenation

INTRODUCTION. Neurally Adjusted Ventilatory Assist (NAVA) [1] is a new spontaneousassisted ventilatory mode which uses the diaphragmatic electrical activity (Eadi) to pilot the ventilator. Eadi is used to initiate the ventilator's pressurization and cycling off. Delivered inspiratory assistance is proportional to Eadi. NAVA can improve patient-ventilator synchrony [2] compared to pressure support (PS), but little is known about its effect on minute ventilation and oxygenation. OBJECTIVES. To compare the effects of NAVA and PS on minute ventilation and oxygenation and to analyze potential determinant factors for oxygenation. METHODS. Comparison between two 20-min periods under NAVA and PS. NAVA gain (proportionality factor between Eadi and delivered pressure) set as to obtain the same peak pressure as in PS. FIO2 and positive end-expiratory pressure (PEEP) were the same in NAVA and PS. Blood gas analyses were performed at the end of both recording periods. Statistical analysis: groups were compared with paired t tests or non parametric Wilcoxon signed-rank tests. p\0.05 was considered significant. RESULTS. [Mean ± SD]: 22 patients (age 66 ± 12 year, 7 M/15F, BMI 23.4 ± 3.1 kg/m2), 8 patients with COPD. Initial settings: PS 13 ± 3 cmH2O, PEEP 7 ± 2 cmH2O, NAVA gain 2.2 ± 1.8. Minute ventilation and PaCO2 were the same with both modes (p = 0.296 and 0.848, respectively). Tidal volume was lower with NAVA (427 ± 102 vs. 477 ± 102 ml, p\0.001). In contrast respiratory rate was higher with NAVA (25.6 ± 9.5 vs. 22.3 ± 8.9 cycles/min). Arterial oxygenation was improved with NAVA (PaO2 85.1 ± 28.9 vs. 75.8 ± 11.9 mmHg, p = 0.017, PaO2/FIO2 210 ± 53 vs. 195 ± 58 mmHg, p = 0.019). Neural inspiratory time (Tin) was comparable between NAVA and PS (p = 0.566). Among potential determinant factors for oxygenation, mean airway pressure (Pmean) was lower with NAVA (10.6 ± 2.6 vs. 11.1 ± 2.4 cmH2O, p = 0.006), as was the pressure time product (PTP) (6.8 ± 3.0 vs. 9.2 ± 3.5 cmH2O 9 s, p = 0.004). There were less asynchrony events with NAVA (2.3 ± 2.0 vs. 4.4 ± 3.8, p = 0.009).Tidal volume variability was higher with NAVA (variation coefficient: 30 ± 19.5 vs. 13.5 ± 8.6, p\0.001). Inspiratory time in excess (Tiex) was lower with NAVA (56 ± 23 vs. 202 ± 200 ms, p = 0.001). CONCLUSION. Despite lower Pmean and PTP in NAVA, arterial oxygenation was improved compared to PS. As asynchronies may be associated with an increased work of breathing and a higher oxygen consumption, their decrease in number with NAVA could be an explanation for oxygenation improvement. Another explanation could be the increase in VT variability. Further studies should now be performed to confirm the potential of NAVA in improving arterial oxygenation and explore the underlying mechanisms.

Late Pan-African magmatism in the Himalaya: new geochronological and geochemical data from the Ordovician Tso Morari metagranites (Ladakh, NW India)

Two granitic plutons, the Tso Morari gneiss and the Rupshu metagranite, crop out in the Tso Morari area. The Polokongka La granite, classically interpreted as a young intrusion in the Tso Morari gneiss, has been recognized as the undeformed facies of the latter. Conventional isotope dilution U-Pb zircon dating on single-grain and small multi-grain fractions yielded magmatic ages of 479 +/- 2 Ma for the Tso Morari gneiss and the Polokongka La granite, and 482.5 +/- 1 Ma for the Rupshu granite. There is a great difference in zircon morphology between the Tso Morari gneiss (peraluminous type) and the Rupshu granite (alkaline type). This difference is confirmed by whole-rock chemistry. The Tso Morari gneiss is a typical deformed S-type granite, resulting from crustal anatexis. On the other hand, the Rupshu granite is an essentially metaluminous alkali-calcic intrusion derived from a different source material. Data compilation from other Himalayan Cambro-Ordovician granites reveals huge and widespread magmatic activity all along and beyond the northern Indian plate between 570 and 450 Ma, with a peak at 500-480 Ma. A major, continental-scale tectonic event is required to generate such a large magmatic belt; it has been tentatively compared to the Variscan post-orogenic extensional regime of Western Europe, as a late evolution stage of a Pan-African orogenic event.

Time constant of the cerebral arterial bed in normal subjects.

The time constant of cerebral arterial bed (in brief time constant) is a product of brain arterial compliance (C(a)) and resistance (CVR). We tested the hypothesis that in normal subjects, changes in end-tidal CO(2) (EtCO(2)) affect the value of the time constant. C(a) and CVR were estimated using mathematical transformations of arterial pressure (ABP) and transcranial Doppler (TCD) cerebral blood flow velocity waveforms. Responses of the time constant to controlled changes in EtCO(2) were compared in 34 young volunteers. Hypercapnia shortened the time constant (0.22 s [0.17, 0.26] vs. 0.16 s [0.13, 0.20]; p = 0.000001), while hypocapnia lengthened the time constant (0.22 s [0.17, 0.26] vs. 0.23 s [0.19, 0.32]; p < 0.0032). The time constant was negatively correlated with changes in EtCO(2) (R(partial) = -0.68, p < 0.000001). This was associated with a decrease in CVR when EtCO(2) increased (R(partial) = -0.80, p < 0.000001) and C(a) remained independent of changes in EtCO(2). C(a) was negatively correlated with mean ABP (R(partial) = -0.68, p < 0.000001). In summary, the time constant shortens with increasing EtCO(2). Its potential role in cerebrovascular investigations needs further studies.

Incremental growth of the Patagonian Torres del Paine laccolith over 90 k.y.

The Miocene Paine Granite in the Torres del Paine Intrusive Complex, southern Chile, is an extraordinary example of an upper crustal mafic and granitic intrusion. The granite intruded as a series of three sheets, each one underplating the previous sheet along the top of the basal Paine Mafic Complex. High-precision U/Pb geochronology on single zircons using isotope dilution-thermal ionization mass spectrometry yields distinct ages of 12.59 +/- 0.02 Ma and 12.50 +/- 0.02 Ma, respectively, for the first and last sheet of the laccolith. This age relationship is consistent with field observations. The zircon ages define a time frame of 90 +/- 40 k.y. for the emplacement of a >2000-m-thick granite laccollith. These precise U-Pb zircon ages permit identification of the pulses in a 20 k.y. range. The data obtained for the Paine Granite fill the gap between 100 k.y. and 100-1000 yr pulses described in the literature for crustal magma chambers.