Elemental and isotopic zoning in natural alpine quartz

THESIS ABSTRACT : Stable isotope geochemistry is used to help resolve a large number of geological questions. In order to do this, it is essential to understand the different mechanisms that govern isotopic fractionation processes between different phases and to identify the conditions required to reach equilibrium fractionation. However, at low temperatures, these processes are poorly constrained and many factors can induce differential partitioning of the isotopes between sectors of a mineral species and the fluid during mineral growth. This can result in so-called 'sector zoning' of a mineral species. The aim of this thesis is to evaluate the occurrence of sector zoning of the oxygen isotopes and trace elements in natural α-quartz crystals and to identify the reasons for such zoning. The implications for the fluid-mineral interactions are studied in the context of the Alpine metamorphism. The approach chosen has focused on examining the crystal structure, cathodoluminescence appearance (CL), and on relating elemental (e.g. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) to stable oxygen isotope compositions between and along different growth sectors. Low temperature quartz samples were selected from Alpine veins in different localities, where growth conditions have already been well constrained. The mineralogy as well as the isotopic compositions of the host rocks were also investigated, in order to interpret the variations obtained between the different growth stages in the framework of fluid-rock interaction during Alpine metamorphism. Depending on the growth conditions, most of the studied quartz is strongly zoned in CL, and it reveals corresponding zonations in the trace element content (e.g. growth zoning). Aluminium, substituting for Si in the lattice, was found in concentrations up to 1000's ppma, and its distribution is strongly related to Li and H and to a lesser extent, to Ge. Elemental sector zoning is evident from the distribution of these three elements since they exhibit differences in their respective concentrations between faces for distinct growth zones, with prismatic faces having the lowest Al contents. Quartz from veins in magmatic rocks, for example, tend to have lower Al concentrations and similar concentrations of Li and Ti suggesting also a contribution of these elements from the host rock. The relationship between Al and Li is still correlated. Only Alpine crystals grown at higher temperatures (~400°C) without any CL zoning feature are free of these impurities and do not show such zoning characteristics. Differences in the δ18O values were measured between different faces principally in the AIenriched growth zones or stages. These results were confirmed by the means of two different methods (in situ/non in situ). However, it was determined that the Al concentrations do not affect significantly oxygen isotope fractionations at 300°C. The results altogether suggest that the presence of sector zoning in quartz crystals is real, but not universal, and henceforth should be taken into consideration for any use of these systems. The occurrence of disequilibrium partitioning has been enhanced and is possibly related to kinetic processes as well as structural effects that do not affect similarly trace element incorporation and isotopic fractionation. In situ measurements also revealed fine scale δ18O zonations along growth paths that are useful to constrain fluid-rock interactions during Alpine metamorphism. Variations in the δ18O values present along growth vectors indicate changes in the fluid composition and origin. Association with oxygen isotope composition of the host rock allows for the deduction of interactions between rocks, veins and consequently fluids, as well as fluid regimes. RESUME DE LA THESE : A basses températures, (i.e. <400°C) les différents mécanismes qui régissent le fractionnement isotopique ainsi que les conditions nécessaires pour établir un état d'équilibre sont peu connus et nombre de paramètres peuvent entraîner un partitionnement chimique différentiel entre différents secteurs d'un minéral et le fluide en contact. Ainsi, ce travail de thèse a pour but d'évaluer la possible présence de zonages sectoriels en isotopes de l'oxygène mais aussi en éléments traces dans des cristaux naturels de quartz-α de basses températures, ainsi que les raisons d'un tel phénomène et enfin ses implications sur les interactions fluide-roche, principalement dans le cadre du métamorphisme Alpin. La structure et l'apparence en cathodoluminescence (CL) des échantillons ont été caractérisées avant de retracer en détail les compositions en élément traces (Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) et en isotopes de l'oxygène, le long et entre différents secteurs. Les échantillons de quartz sélectionnés proviennent majoritairement de veines Alpine de différentes localités, où les conditions de croissance ont été déjà bien caractérisées. Les compositions minéralogiques et isotopiques de la roche encaissante ont aussi été examinées, pour contraindre les variations obtenues dans un contexte Alpin. Selon leurs conditions de croissance, la plupart des cristaux étudiés sont fortement zonés, ce qui est souligné par un zonage des concentrations en éléments traces (e.g. zonage de croissance). L'Aluminium, qui peut se substituer à la Silice dans le réseau cristallin, a été retrouvé jusqu'en très grandes concentrations dans certaines zones (plusieurs milliers de ppma). De plus, la distribution en Al est fortement liée à celles de Li et H, ainsi que dans une moindre mesure à Ge. La présence de zonage sectoriel est évidente au niveau de ces éléments qui montrent de larges différences de concentrations entre différentes faces pour une même zone de croissance, avec les concentrations les plus basses retrouvées dans les faces prismatiques. Les quartz de veines situées dans des roches magmatiques par exemple possèdent des concentrations en Li et Ti de même ordre de grandeur, confirmant le rôle de la composition de la roche encaissante. La relation Li/Al est toujours fortement présente, mais ce rapport est fonction de la face mesurée. Seuls les cristaux Alpins de plus hautes températures (400°C) ne possédant pas de zones en CL ne présentent aucune de ces caractéristiques. Des différences dans les valeurs de δ18O de zones identiques enrichies en Al ont clairement été mesurées entre les différentes faces r, z, et m, mais aussi au sein d'une même seule zone, indiquant que le fractionnement a probablement eu lieu en déséquilibre. Il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs n'avait qu'un faible effet sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. L'utilisation de deux méthodes différentes a permis d'obtenir des résultats in situ et non in situ concordants. La comparaison des résultats obtenus permet de démontrer que le zonage sectoriel est bien présent dans certains cristaux de quartz, et dépend des conditions de formation. La présence d'un partitionnement différentiel des éléments traces peut être due à des effets cinétiques aussi bien que structuraux, alors que le zonage sectoriel des isotopes de l'oxygène aurait d'autres origines. Il est alors évident que la possibilité de zonage sectoriel doit être désormais pris en considération avant toute interprétations de données isotopiques de cristaux zonés. Les mesures in situ ont de plus permis de distinguer de fines variations des valeurs δ18O au cours de la croissance, qui peuvent aider à retracer la circulations des fluides dans les Alpes durant cette période. En association avec les compositions des roches encaissantes, ii est possible de déduire les interactions entre roches, veines, et par conséquent fluides, au cours de différentes étapes. RESUME GRAND PUBLIC : La géochimie des isotopes stables a pris beaucoup d'importance depuis ces dernières années pour aider à résoudre nombre de questions géologiques, en se basant sur les caractéristiques du fractionnement isotopiques pour différents systèmes. Il est donc nécessaire d'avoir une connaissance approfondie des mécanismes qui s'appliquent au fractionnement isotopique entre les minéraux et les fluides à partir desquels ils se forment. Ces mécanismes ont été bien approchés par différents types de calibrations pour des systèmes à hautes températures, cependant cela n'est pas aussi évident pour les systèmes à des températures inférieures à 400-500°C. Ce travail de thèse a pour but d'aider à la description et la compréhension des phénomènes qui peuvent affecter le fractionnement isotopique à basses températures, ainsi que leurs implications, à partir de l'étude de cristaux de quartz. Le choix des échantillons s'est porté sur des cristaux naturels formés à des températures inférieures ou égales à 400°C, provenant majoritairement de fissures hydrothermales Alpines dont les conditions de formation ont déjà été déterminées. L'étude des cristaux Alpin permet de plus de replacer les résultats obtenus dans le contexte du métamorphisme Alpin au cours du Miocène (21-13 Ma). Après examen de la structure et de la morphologie des cristaux, et leur caractérisation par cathodoluminescence (CL), des analyses chimiques détaillées sur les éléments en traces pouvant entrer dans le réseau cristallin du quartz comme impuretés (i.e. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti), et des isotopes stables de l'oxygène, ont été menées. En fonction des conditions de croissance, la plupart des cristaux présentent des zonations, qui peuvent être facilement reliées à la distribution des éléments traces analysés par microsonde électronique, sonde ionique (SIMS) et LA-ICPMS. De fortes concentrations d'Aluminium (plusieurs milliers de parties par million atomique) ont pu être observées dans les zones les plus externes des cristaux. De plus, les concentrations en Al et en Li sont toujours corrélées; la présence d'Hydrogène déduite à partir d'analyses par FTIR suit cette même tendance. Les différentes faces des cristaux présentent des concentrations distinctes d'Al, Li et H pour des mêmes zones de croissance, avec par exemple les concentrations les plus faibles dans les zones des faces prismatiques. Cela implique la présence d'un zonage sectoriel, qui a déjà été observé principalement dans des carbonates mais jamais décrit auparavant pour des quartz. Seuls les cristaux alpins homogènes en CL dont la croissance s'est faite à plus haute température (400°C) ne présentent aucune de ces caractéristiques. Par analogie avec le zonage sectoriel en Al, élément qui se substitue au Si dans le réseau cristallin du quartz, il est possible de penser qu'un zonage sectoriel pourrait aussi s'appliquer aux isotopes de l'oxygène. Des précédentes études avaient en effet émis cette hypothèse. Nos résultats ont été obtenus à partir d'analyses à la fois in- situ par SIMS, et par extraction assistée par laser-CO2 sur des parties de quartz soigneusement séparées, et sont en accord entre les deux méthodes. Un zonage sectoriel est en effet bien présent pour les cristaux alpins, mais principalement au niveau des zones très riches en Aluminium. Cependant, il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs avait un effet plus que minimal sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. Des différences importantes ont été observées entre les faces r & z mais aussi au sein d'une même et seule zone, indiquant que le fractionnement a pu avoir lieu en déséquilibre, ce qui est aussi visible au niveau des valeurs totalement opposées entre faces pour la dernière phase de croissance de certains cristaux. Ainsi l'association de ces résultats laisse suggérer que la présence d'un zonage sectoriel peut être liée à différents paramètres tels que le taux de croissance ou la structure de surface du cristal, mais qui n'affectent pas de la même façon l'incorporation des éléments traces et le fractionnement isotopique. La possibilité d'un zonage sectoriel est importante à prendre en compte lors de toute interprétation de données isotopiques. Les analyses des isotopes de l'oxygène effectuées par SIMS ont aussi permis de distinguer des variations importantes à petite échelle au cours de la croissance. Des mesures faites par laser CO2 sur certaines roches encaissantes, ont permis distinguer plusieurs étapes dans la croissance des minéraux et de déduire le rôle de l'encaissant et le type de fluide. En association avec de précédentes études, il a été ainsi possible de mieux contraindre la formation de ces cristaux dans le contexte alpin et la circulation de fluide au cours du métamorphisme alpin durant le Miocène.

Enhancing centralized enforcement of EU law : Pandora's toolbox ?

State compliance with EU Law is crucial to the very existence of the Union. Traditionally, it has been secured through a combination of strong "private" and of weak "centralized" enforcement. However, this arrangement is no longer perceived to be sufficient. By endowing the Union with new tools vis-à-vis its Member States - penalties, conditionality, and the like - current reforms try to complement symbolic sanctioning with real "consequences". The goal is to reinforce the authority of EU Law. In this article, we question whether the new toolbox is fit for the purpose, or whether it risks to produce adverse effects which might even go as far as upsetting the Union's constitutional template.

Oxygen isotope sector zoning in natural hydrothermal quartz

Oxygen isotope measurements using SIMS and laser-fluorination methods confirm the presence of concentric and sector zoning in low-temperature (200 degrees C to < 400 degrees C) hydrothermal quartz from Alpine veins. While concentric zoning is most readily explained by changes in the chemical composition of the fluid or temperature of crystallization, the reasons for sector zoning are more difficult to explain. Relative enrichment in (18)O for crystallographically different sectors of quartz corresponds to m > r > z. Sector zoning is, however, largely limited to the exterior zones of crystals and/or to crystals with large Al (> 1000 ppm) and trace element contents, probably formed at temperatures < 250 degrees C. Differences in delta(18)O between the prismatic (m) relative to the rhombohedral (r and z) growth sectors of up to 2 parts per thousand can be explained by a combination of a face-related crystallographic and/or a growth rate control. In contrast, isotopic sector zoning of up to about 1.5 parts per thousand amongst the different rhombohedral faces increases in parallel with the trace element content and is likely to represent disequilibrium growth. This is indicated by non-systematic, up to 2 parts per thousand, differences within single growth zones and the irregular, larger or smaller, delta(18)O values (of several permil) of the exterior compared to the inner zones of the same crystals. Disequilibrium growth may be related to the large trace element content incorporated into the growing quartz at lower temperatures (< 250 degrees C) and/or be related to fluid-vapour separation, allowing crystal growth from both a vapour as well as a liquid phase.

Yearbook of Private International Law, Volume XIV, 2012/2013

The "Yearbook of Private International Law" provides all about the conflict of laws developments of 2012 and 2013 in one book: Volume XIV (2012/2013) includes contributions on the proposed codification of the General Part of Private International Law in Europe, on the reform of the Chinese legal system as well as on defamation and violation of personality rights (the latter in a whole section). Furthermore, the book deals with the application of EU legislation on jurisdiction and enforcement of judgements, the recognition of judgements overturned by another judgement, and the conflict of decisions in international arbitration. Reports and court decisions from the Netherlands, Turkey, India, Finland, Croatia and Switzerland and a summary of two dissertations on the role of sovereignty and choice of courts agreements complete the book.

Das geplante "Datenschutz-Gesetz": eine Bedrohung der medizinisch-epidemiologischen Forschung in der Schweiz? [The proposed law on safeguarding of data: a threat to medical-epidemiologic research in Switzerland?].

The draft of the new law on the confidentiality of personal data severely curtails medical and epidemiological research. This might be detrimental and dangerous to public health. The project therefore has to be amended.

Mineral zoning and geochemistry of epithermal polymetallic Zn-Pb-Ag-Cu-Bi mineralization at Cerro de Pasco, Peru

The large Cerro de Pasco Cordilleran base metal deposit in central Peru is located on the eastern margin of a middle Miocene diatreme-dome complex and comprises two mineralization stages. The first stage consists of a large pyrite-quartz body replacing Lower Mesozoic Pucara carbonate rocks and, to a lesser extent, diatreme breccia. This body is composed of pyrite with pyrrhotite inclusions, quartz, and black and red chalcedony (containing hypogene hematite). At the contact with the pyrite-quartz body, the diatreme breccia is altered to pyrite-quartz-sericite-pyrite. This body was, in part, replaced by pipelike pyrrhotite bodies zoned outward to carbonate-replacement Zn-Pb ores hearing Fe-rich sphalerite (up to 24 mol % Fes). The second mineralization stage is partly superimposed on the first and consists of zoned east-west-trending Cu-Ag-(Au-Zn-Pb) enargite-pyrite veins hosted in the diatreme breccia in the western part of the deposit and well-zoned Zn-Pb-(Bi-Ag-Cu) carbonate-replacement orebodies; in both cases, sphalerite is Fe poor and the inner parts of the orebodies show typically advanced argillic alteration assemblages, including aluminum phosphate Sulfate (APS) minerals. The zoned enargite-pyrite veins display mineral zoning, from a core of enargite-pyrite +/- alunite with traces of Au, through an intermediate zone of tennantite, chalcopyrite, and Bi minerals to a poorly developed Outer zone hearing sphalerite-galena +/- kaolinite. The carbonate-hosted replacement ores are controlled along N 35 degrees E, N 90 degrees E, N 120 degrees E, and N 170 degrees E faults. They form well-zoned upward-flaring pipelike orebodies with a core of famatinite-pyrite and alunite, an intermediate zone with tetrahedrite-pyrite, chalcopyrite, matildite, cuprobismutite, emplectite, and other Bi minerals accompanied by APS minerals, kaolinite, and dickite, and an outer zone composed of Fe-poor sphalerite (in the range of 0.05-3.5 mol % Fes) and galena. The outermost zone consists of hematite, magnetite, and Fe-Mn-Zn-Ca-Mg carbonates. Most of the second-stage carbonate-replacement orebodies plunge between 25 degrees and 60 degrees to the west, suggesting that the hydrothermal fluids ascended from deeper levels and that no lateral feeding from the veins to the carbonate-replacement orebodies took place. In the Venencocha and Santa Rosa areas, located 2.5 km northwest of the Cerro de Pasco open pit and in the southern part of the deposit, respectively, advanced argillic altered dacitic domes and oxidized veins with advanced argillic alteration halos occur. The latter veins are possibly the oxidized equivalent of the second-stage enargite-pyrite veins located in the western part of the deposit. The alteration assemblage quartz-muscovite-pyrite associated with the pyrite-quartz body suggests that the first stage precipitated at slightly, acidic fin. The sulfide mineral assemblages define an evolutionary path close to the pyrite-pyrrhotite boundary and are characteristic of low-sulfidation states; they suggest that the oxidizing slightly acidic hydrothermal fluid was buffered by phyllite, shale, and carbonate host rock. However, the presence in the pyrite-quartz body of hematite within quartz suggests that, locally, the fluids were less buffered by the host rock. The mineral assemblages of the second mineralization stage are characteristic of high- to intermediate-sulfidation states. High-sulfidation states and oxidizing conditions were achieved and maintained in the cores of the second-stage orebodies, even in those replacing carbonate rocks. The observation that, in places, second-stage mineral assemblages are found in the inner and outer zones is explained in terms of the hydrothermal fluid advancing and waning. Microthermometric data from fluid inclusions in quartz indicate that the different ores of the first mineralization stage formed at similar temperatures and moderate salinities (200 degrees-275 degrees C and 0.2-6.8 wt % NaCl equiv in the pyrite-quartz body; 192 degrees-250 degrees C and 1.1-4.3 wt % NaCl equiv in the pyrrhotite bodies; and 183 degrees-212 degrees C and 3.2-4.0 wt % NaCl equiv in the Zn-Pb ores). These values are similar to those obtained for fluid inclusions in quartz and sphalerite from the second-stage ores (187 degrees-293 degrees C and 0.2-5.2 wt % NaCl equiv in the enargite-pyrite veins: 178 degrees-265 degrees C and 0.2-7.5 wt % NaCl equiv in quartz of carbonate-replacement orebodies; 168 degrees-999 degrees C and 3-11.8 wt % NaCl equiv in sphalerite of carbonate-replacement orebodies; and 245 degrees-261 degrees C and 3.2-7.7 wt % NaCl equiv in quartz from Venencocha). Oxygen and hydrogen isotope compositions oil kaolinite from carbonate-replacement orebodies (delta(18)O = 5.3-11.5%o, delta D = -82 to -114%o) and on alunite from the Venencocha and Santa Rosa areas (delta(18)O = 1.9-6.9%o, delta D = -56 to -73%o). Oxygen isotope compositions of quartz from the first and second stages have 6180 values from 9.1 to 1.7.8 per mil. Calculated fluids in equilibrium with kaolinite have delta(18)O values of 2.0 to 8.2 and delta D values of -69 to -97 per mil; values in equilibrium with alunite are -1.4 to -6.4 and -62 to -79 per mil. Sulfur isotope compositions of sulfides from both stages have a narrow range of delta(34)S values, between -3.7 and +4.2 per mil; values for sulfates from the second stage are between 4.2 and 31.2 per mil. These results define two mixing trends for the ore-forming fluids. The first trend reflects mixing between a moderately saline (similar to 10 wt % NaCl equiv) magmatic end member that had degassed (as indicated by the low delta D values) and meteoric water. The second mixing indicates condensation of magmatic vapor with HCl and SO(2) into meteoric water, which formed alunite. The hydrothermal system at Cerro de Pasco was emplaced at a shallow depth (similar to 500 m) in the epithermal and upper part of a porphyry environment. The similar temperatures and salinities obtained for the first stage and second stages, together with the stable isotope data, indicate that both stages are linked and represent successive stages of epithermal polymetallic mineralization in the upper part of a porphyry system.