The duration of prograde garnet crystallization in the UHP eclogites at Lago di Cignana, Italy

The distinct core-to-rim zonation of different REEs in garnet in metamorphic rocks, specifically Sm relative to Lu, suggests that Sm-Nd and Lu-Hf isochron ages will record different times along a prograde garnet growth history. Therefore, REE zonations in garnet must be measured in order to correctly interpret the isochron ages in terms of the garnet growth interval, which could span several m.y. New REE profiles, garnet crystal size distributions, and garnet growth modeling, combined with previously published Sm-Nd and Lu-Hf geochronology on a UHP eclogite of the Zermatt-Saas Fee (ZSF) ophiolite, Lago di Cignana (Italy), demonstrate that prograde garnet growth of this sample occurred over a similar to 30 to 40 m.y. interval. Relative to peak metamorphism at 38 to 40 Ma, garnet growth is estimated to have begun at similar to 11 to 14 kbar pressure at similar to 70 to 80 Ma. Although such a protracted garnet growth interval is surprising, this is supported by plate tectonic reconstructions which suggest that subduction of the Liguro-Piemont ocean occurred through slow and oblique convergence. These results demonstrate that REE zonations in garnet, coupled to crystal size distributions, provide a powerful means for understanding prograde metamorphic paths when combined with Sm-Nd and Lu-Hf geochronology. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Variscan lamprophyres in the Lower Penninic domain (Central Alps): age and tectonic significance

Lamprophyre dykes have been recently discovered in blocks of gneiss embedded in a calcschist formation of wildflysch type that forms the top of the Mesozoic-Tertiary metasedimentary cover of the Antigorio nappe (the Teggiolo zone) in the Val Bavona (Lower Penninic, NW Ticino, Switzerland). The presence of the lamprophyres gives a clue to the possible source of these blocks. Similar dykes occur in the N part of the Maggia nappe where they are intruded into the Matorello granite and the surrounding gneisses. We studied these lamprophyres at two localities in the Teggiolo zone (Tamierpass and Lago del Zott) and at one locality in the Maggia nappe (Laghetti). Detailed mineralogical and geochemical investigations confirm their great similarity, particularly between the Tamier and Laghetti dykes. They all recrystallized during Alpine metamorphism under amphibolite facies conditions and lost their primary mineral assemblages and textures. The chemistry reveals a calc-alkaline affinity, a limited differentiation range, features of mineral accumulation and intense remobilization in some cases. The lamprophyres are characterized by a high mg# and relatively low contents in REE and other incompatible elements. In situ SHRIMP and LA-ICPMS U-Pb zircon dating yielded ages of 284.8 +/- 1.7 Ma (Tamier), 290.0 +/- 1.3 Ma (Zott) and 290.5 +/- 3.7 Ma (Laghetti). These ages are compatible with the general late- to post-Variscan magmatic evolution of the Helvetic and Lower Penninic domains. The lamprophyres are considered as melts derived from the lithospheric Variscan mantle, variously hybridized and differentiated at the contact with crustal material during late- to post-orogenic extension. These lamprophyres are chemically distinct from earlier lamprophyres of Visean age, emplaced together with their associated granites in transcurrent fault zones during the Variscan orogenic compression. The similarity of these different dykes suggests that the front of the Maggia nappe is a likely source of the gneissic blocks embedded in the calcschists at the top of the Teggiolo zone. They would have been provided by the advancing Maggia nappe during its thrusting over the Antigorio nappe and simultaneous closure of the Teggiolo sedimentary basin.

The Soja and Luzzone-Terri nappes: discovery of a Briançonnais element below the front of the Adula nappe (NE Ticino, Central Alps)

The classical Soja nappe, in NE Ticino, actually consists of two distinct tectonic units with verydifferent stratigraphic contents: (1) The smaller one, in the Val Soi (the type-locality), is by definitionthe Soja unit s.str.. It is pinched between Simano and Adula and consists of various Paleozoic gneissesand a dolomitic Triassic cover analogous to the Triassic of other Lower Penninic nappes. (2) The largerone extends along the Lago di Luzzone and continues eastwards through the Piz Terri mountain. Wename it the Luzzone-Terri nappe. It consists of: (a) a paragneiss series that presents striking similaritieswith the Permian of the Zone Houillère in Valais; (b) a Triassic cover typical of the Briançonnaisdomain where one clearly recognizes the St-Triphon Formation and other characteristic units of theBriançonnais Triassic; (c) a thick series of black calcschists and metapelites of Liassic age, similarto the cover of the neighbouring Gotthard massif. This stratigraphic superposition of a Liassic seriesof Helvetic type on a Briançonnais Triassic is unique in the Alps and has important paleogeographicconsequences. It is difficult to reconcile this observation with speculative reconstructions that proposean original position of the Briançonnais domain far from the Helvetic basins. Morover the Briançonnaischaracter of its Triassic series indicates an ultra-Adula origin of the Luzzone-Terri nappe.

Les souris (Mus domesticus) du tunnel du Simplon: leur origine et hypothèses sur leur écologie

The Simplon tunnel is a railway connection trough the Alps between Brig (Switzerland) and Iselle (Italy). Constructed at the beginning of the last century, it consists of two parallel, interconnected tunnels of 19.8 km each. Due to geothermal conditions, its temperature of 29°C is seasonally invariable. Stories about blind mice induced us to sample small mammals in the central part of the tunnel. We used 30 Longworth traps, set in 6 groups of 5 traps. After a prebaiting period of 2 weeks, the traps were opened during one night. We captured 10 Mus domesticus Rutty, 1772. A karyological analysis showed that they had the standard diploid number of 2n = 40, as mice from Brig. Mice from the Val d'Ossola (Italian side of the tunnel) had a karyotype of 2n = 24 with two specific Robertsonian fusion, Rb(5.8) and Rb(7.15). This "Domodossola race" belongs to the Lago Maggiore sub-groupe. As a conclusion, the tunnel colonisation took place from the north. With a density of about 5 - 10 mice per km, a rough estimate of the total tunnel population is about 200 - 400 mice. The few pick-nick left-overs from workers active in the tunnel cannot sustain such a population. It is concluded that the mice, as well as the regularly encountered Gryllus domesticus, are living from human faeces, dropped from the water closets of the trains. Low food resources, lack of predators and perhaps lack of accidents imply a density dependent population control, coupled with a low reproduction rate.

Mechanisms of garnet growth in eclogites of the Zermatt-Saas Fee unit, Western Alps

THESIS ABSTRACT Garnets are one of the key metamorphic minerals used to study peak metamorphic conditions or crystallization ages. Equilibrium is typically assumed between the garnet and the matrix. This thesis attempts to understand garnet growth in the Zermatt-Saas Fee (ZSF) eclogites, and discusses consequences for Sm/Nd and Lu/Hf dating and the equilibrium assumption. All studied garnets from the ZSF eclogites are strongly zoned in Mn, Fe, Mg, and Ca. Methods based on chemical zoning patterns and on 3D spatial statistics indicate different growth mechanisms depending on the sample studied. Garnets from the Pfulwe area are grown in a system where surface kinetics likely dominated over intergranular diffusion kinetics. Garnets fram two other localities, Nuarsax and Lago di Cignana, seem to have grown in a system where intergranular diffusion kinetics were dominating over surface kinetics, at least during initial growth. Garnets reveal strong prograde REE+Y zoning. They contain narrow central peaks for Lu + Yb + Tm ± Er and at least one additional small peak towards the rim. The REE Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy are depleted in the cores but show one prominent peak close to the rim. It is shown that these patterns cam be explained using a transient matrix diffusion model where REE uptake is limited by diffusion in the matrix surrounding the porphyroblast. The secondary peaks in the garnet profiles are interpreted to reflect thermally activated diffusion due to a temperature increase during prograde metamorphism. The model predicts anomalously low 176Lu/177Hf and 147Sm/144Nd ratios in garnets where growth rates are fast compared to diffusion of the REE, which decreases garnet isochron precisions. The sharp Lu zoning was further used to constrain maximum Lu volume diffusion rates in garnet. The modeled minimum pre-exponential diffusion coefficient which fits the measured central peak is in the order of Do = 5.7* 106 m2/s, taking an activation energy of 270 kJ/mol. The latter was chosen in agreement with experimentally determined values. This can be used to estimate a minimum closure temperature of around 630°C for the ZSF zone. Zoning of REE was combined with published Lu/Hf and Sm/Nd age information to redefine the prograde crystallization interval for Lago di Cignana UHP eclogites. Modeling revealed that a prograde growth interval in the order of 25 m.y. is needed to produce the measured spread in ages. RÉSUMÉ Le grenat est un minéral métamorphique clé pour déterminer les conditions du pic de métamorphisme ainsi que l'âge de cristallisation. L'équilibre entre le grenat et la matrice est requis. Cette étude a pour but de comprendre la croissance du grenat dans les éclogites de la zone de Zermatt-Saas Fee (ZSF) et d'examiner quelques conséquences sur les datations Sm/Nd et Lu/Hf. Tous les grenats des éclogites de ZSF étudiés sont fortement zonés en Mn, Fe, Mg et partiellement en Ca. Les différentes méthodes basées sur le modèle de zonation chimique ainsi que sur les statistiques de répartition spatiale en 3D indiquent un mécanisme de croissance différent en fonction de la localité d'échantillonnage. Les grenats provenant de la zone de Pfulwe ont probablement crû dans un système principalement dominé par la cinétique de surface au détriment de 1a cinétique de diffusion intergranulaire. Les grenats provenant de deux autres localités, Nuarsax et Lago di Cignana, semblent avoir cristallisé dans un système dominé par la diffusion intergranulaire, au moins durant les premiers stades de croissance. Les grenats montrent une forte zonation prograde en Terres Rares (REE) ainsi qu'en Y. Les profils présentent au coeur un pic étroit en Lu + Yb+ Tm ± Er et au moins un petit pic supplémentaire vers le bord. Les coeurs des grenats sont appauvris en Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy, mais les bords sont marqués par un pic important de ces REE. Ces profils s'expliquent par un modèle de diffusion matricielle dans lequel l'apport en REE est limité par la diffusion dans la matrice environnant les porphyroblastes. Les pics secondaires en bordure de grain reflètent la diffusion activée par l'augmentation de la température lors du métamorphisme prograde. Ce modèle prédit des rapports 176Lu/177Hf et 147Sm/144Nd anormalement bas lorsque les taux de croissance sont plus rapides que la diffusion des REE, ce qui diminue la précision des isochrones impliquant le grenat. La zonation nette en Lu a permis de contraindre le maximum de diffusion volumique par une approche numérique. Le coefficient de diffusion minimum modélisé en adéquation avec les pics mesurés est de l'ordre de Do = 5.7*10-6 m2/s, en prenant une énergie d'activation ~270 kJ/mol déterminée expérimentalement. Ainsi, la température de clôture minimale est estimée aux alentours de 630°C pour la zone ZSF. Des nouvelles données de zonation de REE sont combinées aux âges obtenus avec les rapports Lu/Hf et Sm/Nd qui redéfissent l'intervalle de cristallisation prograde pour les éclogites UHP de Lago di Cignana. La modélisation permet d'attribuer au minimum un intervalle de croissance prograde de 25 Ma afin d'obtenir les âges préalablement mesurés. RESUME GRAND PUBLIC L'un des principaux buts du pétrologue .métamorphique est d'extraire des roches les informations sur l'évolution temporelle, thermique et barométrique qu'elles ont subi au cours de la formation d'une chaîne de montagne. Le grenat est l'un des minéraux clés dans une grande variété de roches métamorphiques. Il a fait l'objet de nombreuses études dans des terrains d'origines variées ou lors d'études expérimentales afin de comprendre ses domaines de stabilité, ses réactions et sa coexistence avec d'autres minéraux. Cela fait du grenat l'un des minéraux les plus attractifs pour la datation des roches. Cependant, lorsqu'on l'utilise pour la datation et/ou pour la géothermobarométrie, on suppose toujours que le grenat croît en équilibre avec les phases coexistantes de la matrice. Pourtant, la croissance d'un minéral est en général liée au processus de déséquilibre. Cette étude a pour but de comprendre comment croît le grenat dans les éclogites de Zermatt - Saas Fee et donc d'évaluer le degré de déséquilibre. Il s'agit aussi d'expliquer les différences d'âges obtenues grâce aux grenats dans les différentes localités de l'unité de Zermatt-Saas Fee. La principale question posée lors de l'étude des mécanismes de croissance du grenat est: Parmi les processus en jeu lors de la croissance du grenat (dissolution des anciens minéraux, transport des éléments vers le nouveau grenat, précipitation d'une nouvelle couche en surface du minéral), lequel est le plus lent et ainsi détermine le degré de déséquilibre? En effet, les grenats d'une des localités (Pfulwe) indiquent que le phénomène d'adhérence en surface est le plus lent, contrairement aux grenats des autres localités (Lago di Cignana, Nuarsax) dans lesquels ce sont les processus de transport qui sont les plus lents. Cela montre que les processus dominants sont variables, même dans des roches similaires de la même unité tectonique. Ceci implique que les processus doivent être déterminés individuellement pour chaque roche afin d'évaluer le degré de déséquilibre du grenat dans la roche. Tous les grenats analysés présentent au coeur une forte concentration de Terres Rares: Lu + Yb + Tm ± Er qui décroît vers le bord du grain. Inversement, les Terres Rares Sm + Eu + Gd + Tb ± Dy sont appauvries au coeur et se concentrent en bordure du grain. La modélisation révèle que ces profils sont-dus à des cinétiques lentes de transport des Terres Rares. De plus, les modèles prédisent des concentrations basses en éléments radiogéniques pères dans certaines roches, ce qui influence fortement sur la précision des âges obtenus par la méthode d'isochrone. Ceci signifie que les roches les plus adaptées pour les datations ne doivent contenir ni beaucoup de grenat ni de très gros cristaux, car dans ce cas, la compétition des éléments entre les cristaux limite à de faibles concentrations la quantité d'éléments pères dans chaque cristal.