Rare earth elements and stable isotope geochemistry (δ13C and δ18O) of phosphorite deposits in the Gafsa Basin, Tunisia

Rare earth elements (REE) and stable isotope compositions (delta C-13 and delta O-18) of shark teeth and phosphatic coprolites were analyzed from the Lower Maastrichtian layers of the El Haria Formation and two sequences of the Paleocene-Eocene (P/E) Chouabine Formation in the Gafsa Basin (south western of Tunisia) in order to trace the sedimentological, climatic and oceanographic conditions. The REE chemistry and their distribution in the two archives are the same for each of the studied layers indicating that the coprolites and shark teeth experienced the same early diagenetic environments. However major differences occur between the Maastrichtian and the P/E reflecting changes in the depositional conditions. The Early Maastrichtian burial environment tended to be more anoxic with REE derived from reduced FeO. While in the P/E the REE patterns mimic the modern oxic-suboxic seawater, the REE source from remineralisation of organic coating could have more significance. The oxygen isotope compositions of the structural phosphates (delta O-18(PO4)) indicate a stable and warm climate during both studied time intervals. A small offset (-0.4 parts per thousand) in the delta O-18 value between the coprolites and shark teeth show minor thermal gradient between bottom and surface water. The pronounced negative shift of 34%. in delta C-13 values recorded in the upper part of the Chouabine Formation was ascribed to the Paleocene-Eocene boundary. At the same time the lack of negative change in the delta O-18 is explained by the semi-closed situation of the Gafsa Basin, which situation also played an important role in the evolution of the organic matters in the sediment resulting in the exceptional low delta C-13 values. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

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

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

Early Cretaceous (late Berriasian to early Aptian) palaeoceanographic change along the northwestern Tethyan margin (Vocontian Trough, southeastern France): δ13C, δ18O and Sr-isotope belemnite and whole-rock records

Stable carbon, oxygen, and strontium isotope records were obtained from uppermost Hauterivian to lowermost Aptian belemnite rostra, which were collected in well-dated sections from the Vocontian Trough (southeastern France). This data set complements previously published belemnite-isotope records from the uppermost Berriasian-Hauterivian interval from the same basin. The belemnite carbon and oxygen isotope record is compared to the carbonate bulk-rock isotope record from the same sections, and from additional Italian sections. With regards to their long-term trends, both belemnite and whole-rock delta O-18 records are well correlated, except for the uppermost Hauterivian-lower Barremian interval, within which they deviate. This discrepancy is interpreted to be linked to the latest Hauterivian Faraoni oceanic anoxic event and its early Barremian aftermath. The Faraoni level is characterized by enhanced sea-water stratification, probably induced by the onset of a warmer and more humid climate along the northern Tethyan margin. The early Barremian was characterized by stronger vertical sea-water mixing reflected by a decrease in density contrast between sea-surface and deeper waters. The belemnite oxygen isotope record shows a more stable evolution with smaller fluctuations than its bulk-rock counterpart, which indicates that deeper water masses were not as much subjected to density fluctuations as sea-surface water. The comparison of belemnite and bulk-rock carbon isotope records allows observing the impact of regional influence exerted by platform carbonate ooze shedding on the carbon cycle. Discrepancies in the two records are observed during time of photozoan carbonate platform growth. The strontium isotopic record shows a gradual increase from the uppermost Berriasian to the uppermost lower Barremian followed by a rapid decrease until the uppermost Barremian and a renewed small increase within the lowermost Aptian. The major inflection point in the uppermost lower Barremian appears to predate the onset in the formation of the Ontong-Java volcanic plateau.

Chemistry, isotope values (δD, δ18O, δ34S(SO4)) and temperatures of the water inflows in two Gotthard tunnels, Swiss Alps

Water inflows in the Gotthard Highway Tunnel and in the Gotthard Exploration Tunnel are meteoric waters infiltrating at different elevations, on both sides of an important orographic divide. Limited interaction of meteoric waters with gneissic rocks produces Ca-HCO3 and Na-Ca-HCO3 waters, whereas prolonged interaction of meteoric waters with the same rocks generates Na-HCO3 to Na-SO4 waters. Waters circulating in Triassic carbonate-evaporite rocks have a Ca-SO4 composition. Calcium-Na-SO4 waters are also present. They can be produced through interaction of either Na-HCO3 waters with anhydrite or Ca-SO4 waters with a local gneissic rock, as suggested by reaction path modeling. An analogous simulation indicates that Na-HCO3 waters are generated through interaction of Ca-HCO3 waters with a local gneissic rock. The two main SO4-sources present in the Alps are leaching of upper Triassic sulfate minerals and oxidative dissolution of sulfide minerals of crystalline rocks. Values of delta S-34(SO4) < <similar to>+ 9 parts per thousand, are due to oxidative dissolution of sulfide minerals, whereas delta S-34(SO4) > similar to+ 9 parts per thousand are controlled either by bacterial SO4 reduction or leaching of upper Triassic sulfate minerals. Most waters have temperatures similar to the expected values for a geothermal gradient of 22 degreesC/km and are close to thermal equilibrium with rocks. However relatively large, descending flows of cold waters and ascending flows of warm waters are present in both tunnels and determine substantial cooling and heating, respectively, of the interacting rocks. The most import upflow zone of warm, Na-rich waters is below Guspisbach, in the Gotthard Highway Tunnel, at 6.2-9.0 km from the southern portal. These warm waters have equilibrium temperatures of 65-75 degreesC and therefore constitute an important low-enthalpy geothermal resource. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Monitoring detrital input and resuspension effects on sediment trap material using mineralogy and stable isotopes (δ18O and δ13C): the case of Lake Neuchatel (Switzerland)

Isotopic analyses on bulk carbonates are considered a useful tool for palaeoclimatic reconstruction assuming calcite precipitation occurring at oxygen isotope equilibrium with local water and detrital carbonate input being absent or insignificant. We present results from Lake Neuchatel (western Switzerland) that demonstrate equilibrium precipitation of calcite, except during high productivity periods, and the presence of detrital and resuspended calcite. Mineralogy, geochemistry and stable isotope values of Lake Neuchatel trap sediments and adjacent rivers suspension were studied. Mineralogy of suspended matter in the major inflowing rivers documents an important contribution of detrital carbonates, predominantly calcite with minor amounts of dolomite and ankerite. Using mineralogical data, the quantity of allochthonous calcite can be estimated by comparing the ratio ankerite + dolomite/calcite + ankerite + dolomite in the inflowing rivers and in the traps. Material taken from sediment traps shows an evolution from practically pure endogenic calcite in summer (10-20% detrital material) to higher percentages of detrital material in winter (up to 20-40%). Reflecting these mineralogical variations, delta(13)C and delta(18)O values of calcite from sediment traps are more negative in summer than in winter times. Since no significant variations in isotopic composition of lake water were detected over one year, factors controlling oxygen isotopic composition of calcite in sediment traps are the precipitation temperature, and the percentage of resuspended and detrital calcite. Samples taken close to the river inflow generally have higher delta values than the others, confirming detrital influence. SEM and isotopic studies on different size fractions (<2, 2-6, 6-20, 20-60, >60 mu m) of winter and summer samples allowed the recognition of resuspension and to separate new endogenic calcite from detrital calcite. Fractions >60 and (2 mu m have the highest percentage of detritus, Fractions 2-6 and 6-20 mu m are typical for the new endogenic calcite in summer, as given by calculations assuming isotopic equilibrium with local water. In winter such fractions show similar values than in summer, indicating resuspension. Using the isotopic composition of sediment traps material and of different size fractions, as well as the isotopic composition of lake water, the water temperature measurements and mineralogy, we re-evaluated the bulk carbonate potential for palaeoclimatic reconstruction in the presence of detrital and re-suspended calcite. This re-evaluation leads to the following conclusion: (1) the endogenic signal can be amplified by applying a particle-size separation, once the size of endogenic calcite is known from SEM study; (2) resuspended calcite does not alter the endogenic signal, but it lowers the time resolution; (3) detrital input decreases at increasing distances from the source, and it modifies the isotopic signal only when very abundant; (4) influence of detrital calcite on bulk sediment isotopic composition can be calculated. (C) 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Energy expenditure by doubly labeled water: validation in humans and proposed calculation.

To further validate the doubly labeled water method for measurement of CO2 production and energy expenditure in humans, we compared it with near-continuous respiratory gas exchange in nine healthy young adult males. Subjects were housed in a respiratory chamber for 4 days. Each received 2H2(18)O at either a low (n = 6) or a moderate (n = 3) isotope dose. Low and moderate doses produced initial 2H enrichments of 5 and 10 X 10(-3) atom percent excess, respectively, and initial 18O enrichments of 2 and 2.5 X 10(-2) atom percent excess, respectively. Total body water was calculated from isotope dilution in saliva collected at 4 and 5 h after the dose. CO2 production was calculated by the two-point method using the isotopic enrichments of urines collected just before each subject entered and left the chamber. Isotope enrichments relative to predose samples were measured by isotope ratio mass spectrometry. At low isotope dose, doubly labeled water overestimated average daily energy expenditure by 8 +/- 9% (SD) (range -7 to 22%). At moderate dose the difference was reduced to +4 +/- 5% (range 0-9%). The isotope elimination curves for 2H and 18O from serial urines collected from one of the subjects showed expected diurnal variations but were otherwise quite smooth. The overestimate may be due to approximations in the corrections for isotope fractionation and isotope dilution. An alternative approach to the corrections is presented that reduces the overestimate to 1%.

Controls on ostracod valve geochemistry, Part 1: Variations of environmental parameters in ostracod (micro-)habitats

The variations of environmental conditions (T°, pH, δ13CDIC, [DIC], δ18O, Mg/Ca, and Sr/Ca) of ostracod habitats were examined to determine the controls of environmental parameters on the chemical and isotopic composition of ostracod valves. Results of a one-year monitoring of environmental parameters at five sites, with depths of between 2 and 70 m, in Lake Geneva indicate that in littoral to sub-littoral zones (2, 5, and 13 m), the chemical composition of bottom water varies seasonally in concert with changes in temperature and photosynthetic activity. An increase of temperature and photosynthetic activity leads to an increase in δ13C values of DIC and to precipitation of authigenic calcite, which results in a concomitant increase of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In deeper sites (33 and 70 m), the composition of bottom water remains constant throughout the year and isotopic values and trace element contents are similar to those of deep water within the lake. The chemical composition of interstitial pore water also does not reflect seasonal variations but is controlled by calcite dissolution, aerobic respiration, anaerobic respiration with reduction of sulphate and/or nitrate, and methanogenesis that may occur in the sediment pores. Relative influence of each of these factors on the pore water geochemistry depends on sediment thickness and texture, oxygen content in bottom as well as pore water. Variations of chemical compositions of the ostracod valves of this study vary according to the specific ecology of the ostracod species analysed, that is its life-cycle and its (micro-)habitat. Littoral species have compositions that are related to the seasonal variations of temperature, δ13C values of DIC, and of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In contrast, the compositions of profundal species are largely controlled by variations of pore fluids along sediment depth profiles according to the specific depth preference of the species. The control on the geochemistry of sub-littoral species is a combination of controls for the littoral and profundal species as well as the specific ecology of the species.

Free-living energy expenditure assessed by two different methods in rural Gambian men.

OBJECTIVE: To assess total free-living energy expenditure (EE) in Gambian farmers with two independent methods, and to determine the most realistic free-living EE and physical activity in order to establish energy requirements for rural populations in developing countries. DESIGN: In this cross-sectional study two methods were applied at the same time. SETTING: Three rural villages and Dunn Nutrition Centre Keneba, MRC, The Gambia. SUBJECTS: Eight healthy, male subjects were recruited from three rural Gambian villages in the sub-Sahelian area (age: 25 +/- 4y; weight: 61.2 +/- 10.1 kg; height: 169.5 +/- 6.5 cm, body mass index: 21.2 +/- 2.5 kg/m2). INTERVENTION: We assessed free-living EE with two inconspicuous and independent methods: the first one used doubly labeled water (DLW) (2H2 18O) over a period of 12 days, whereas the second one was based on continuous heart rate (HR) measurements on two to three days using individual regression lines (HR vs EE) established by indirect calorimetry in a respiration chamber. Isotopic dilution of deuterium (2H2O) was also used to assess total body water and hence fat-free mass (FFM). RESULTS: EE assessed by DLW was found to be 3880 +/- 994 kcal/day (16.2 +/- 4.2 MJ/day). Expressed per unit body weight the EE averaged 64.2 +/- 9.3 kcal/kg/d (269 +/- 38 kJ/kg/d). These results were consistent with the EE results assessed by HR: 3847 +/- 605 kcal/d (16.1 +/- 2.5 MJ/d) or 63.4 +/- 8.2 kcal/kg/d (265 +/- 34kJ/kg/d). Physical activity index, expressed as a multiple of basal metabolic rate (BMR), averaged 2.40 +/- 0.41 (DLW) or 2.40 +/- 0.28 (HR). CONCLUSIONS: These findings suggest an extremely high level of physical activity in Gambian men during intense agricultural work (wet season). This contrasts with the relative food shortage, previously reported during the harvesting period. We conclude that the assessment of EE during the agricultural season in non-industrialized countries needs further investigations in order to obtain information on the energy requirement of these populations. For this purpose the use of the DLW and HR methods have been shown to be useful and complementary.

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The stable isotope composition of ostracod fossils is useful for palaeoenvironmental reconstruction. Laboratory as well as 'natural environment' cultures demonstrate that the carbon and oxygen isotope compositions of ostracod shells faithfully record the environmental conditions at the time of valve precipitation. Oxygen isotope composition of ostracod calcite reflects the composition and temperature of the host water, but ostracod shells are enriched in 18O compared to the value expected for inorganic calcite precipitating under equilibrium under the same conditions. This 'vital effect' is generally constant for closely related species and equals 1.5 to 3 0/00 for Candoninae, 0 to 2.5 0/00 for Cyprididae and 0.8 to 1.5 0/00 for Cytheroidea. The carbon isotope composition of ostracod calcite is controlled by a complex interaction between the ecology of the species and environmental parameters. Previous natural environmental studies suggest that many (but not all) taxa crystallize their shells in or very close to equilibrium with the carbon isotope composition of dissolved inorganic carbon, and that the composition of littoral, epifaunal species reflects seasonal variation in the carbon isotope composition of dissolved inorganic carbon of bottom water according to their life cycles, while that of deep-water, infaunal species reflects the variation interstitial pore water according to microhabitat preferences.

Caution on the storage of waters and aqueous solutions in plastic containers for hydrogen and oxygen stable isotope analysis

RATIONALE The choice of containers for storage of aqueous samples between their collection, transport and water hydrogen (2H) and oxygen (18O) stable isotope analysis is a topic of concern for a wide range of fields in environmental, geological, biomedical, food, and forensic sciences. The transport and separation of water molecules during water vapor or liquid uptake by sorption or solution and the diffusive transport of water molecules through organic polymer material by permeation or pervaporation may entail an isotopic fractionation. An experiment was conducted to evaluate the extent of such fractionation. METHODS Sixteen bottle-like containers of eleven different organic polymers, including low and high density polyethylene (LDPE and HDPE), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), and perfluoroalkoxy-Teflon (PFA), of different wall thickness and size were completely filled with the same mineral water and stored for 659?days under the same conditions of temperature and humidity. Particular care was exercised to keep the bottles tightly closed and prevent loss of water vapor through the seals. RESULTS Changes of up to +5 parts per thousand for d2H values and +2.0 parts per thousand for d18O values were measured for water after more than 1?year of storage within a plastic container, with the magnitude of change depending mainly on the type of organic polymer, wall thickness, and container size. The most important variations were measured for the PET and PC bottles. Waters stored in glass bottles with Polyseal (TM) cone-lined PP screw caps and thick-walled HDPE or PFA containers with linerless screw caps having an integrally molded inner sealing ring preserved their original d2H and d18O values. The carbon, hydrogen, and oxygen stable isotope compositions of the organic polymeric materials were also determined. CONCLUSIONS The results of this study clearly show that for precise and accurate measurements of the water stable isotope composition in aqueous solutions, rigorous sampling and storage procedures are needed both for laboratory standards and for unknown samples. Copyright (c) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

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.

Combining protein identification and quantification: C-terminal isotope-coded tagging using sulfanilic acid.

Two methods of differential isotopic coding of carboxylic groups have been developed to date. The first approach uses d0- or d3-methanol to convert carboxyl groups into the corresponding methyl esters. The second relies on the incorporation of two 18O atoms into the C-terminal carboxylic group during tryptic digestion of proteins in H(2)18O. However, both methods have limitations such as chromatographic separation of 1H and 2H derivatives or overlap of isotopic distributions of light and heavy forms due to small mass shifts. Here we present a new tagging approach based on the specific incorporation of sulfanilic acid into carboxylic groups. The reagent was synthesized in a heavy form (13C phenyl ring), showing no chromatographic shift and an optimal isotopic separation with a 6 Da mass shift. Moreover, sulfanilic acid allows for simplified fragmentation in matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) due the charge fixation of the sulfonate group at the C-terminus of the peptide. The derivatization is simple, specific and minimizes the number of sample treatment steps that can strongly alter the sample composition. The quantification is reproducible within an order of magnitude and can be analyzed either by electrospray ionization (ESI) or MALDI. Finally, the method is able to specifically identify the C-terminal peptide of a protein by using GluC as the proteolytic enzyme.

Potential influence of the chemical composition of water on the stable oxygen isotope composition of continental ostracods

Many studies in continental areas have successfully used the oxygen isotope composition of fossil ostracod valves to reconstruct past hydrological conditions associated with large changes in climate. Yet, ostracods are known to crystallise their valves out of isotopic equilibrium for oxygen and they generally have higher 18O contents compared to inorganic calcite grown at equilibrium under the same condi- tions. A review of vital offsets determined for continental ostracods indicates that vital offsets might change from site to site, questioning a potential influence of environmental conditions on oxygen isotope fractionation in ostracods. Results from the literature suggest that pH has no influence on ostracod vital offset. A re-evaluation of results from Li and Liu (J Paleolimnol 43:111-120, 2010) suggests that salin- ity may influence oxygen isotope fractionation in ostracods, with lower vital offsets for higher salinities. Such a relationship was also observed for the vital offsets determined by Chivas et al. (The ostracoda- applications in quaternary research. American Geo- physical Union, Washington, DC, 2002). Yet, when results of all studies are compiled, the correlation between vital offsets and salinity is low while the correlation between vital offsets and host water Mg/Ca is higher, suggesting that ionic composition of water and/or relative abundance of major ions may also control oxygen isotope fractionation in ostracods. Lack of data on host water ionic composition for the different studies precludes more detailed examination at this stage. Further studies such as natural or laboratory cultures done under strictly controlled conditions are needed to better understand the potential influence of varying environmental condi- tions on oxygen isotope compositions of ostracod valves.