Application of low temperature thermochronology to understanding cooling and exhumation in the Central Swiss Alps

THESIS ABSTRACT : Low-temperature thermochronology relies on application of radioisotopic systems whose closure temperatures are below temperatures at which the dated phases are formed. In that sense, the results are interpreted as "cooling ages" in contrast to "formation ages". Owing to the low closure-temperatures, it is possible to reconstruct exhumation and cooling paths of rocks during their residence at shallow levels of the crust, i.e. within first ~10 km of depth. Processes occurring at these shallow depths such as final exhumation, faulting and relief formation are fundamental for evolution of the mountain belts. This thesis aims at reconstructing the tectono-thermal history of the Aar massif in the Central Swiss Alps by means of zircon (U-Th)/He, apatite (U-Th)/He and apatite fission track thermochronology. The strategy involved acquisition of a large number of samples from a wide range of elevations in the deeply incised Lötschen valley and a nearby NEAT tunnel. This unique location allowed to precisely constrain timing, amount and mechanisms of exhumation of the main orographic feature of the Central Alps, evaluate the role of topography on the thermochronological record and test the impact of hydrothermal activity. Samples were collected from altitudes ranging between 650 and 3930 m and were grouped into five vertical profiles on the surface and one horizontal in the tunnel. Where possible, all three radiometric systems were applied to each sample. Zircon (U-Th)/He ages range from 5.1 to 9.4 Ma and are generally positively correlated with altitude. Age-elevation plots reveal a distinct break in slope, which translates into exhumation rate increasing from ~0.4 to ~3 km/Ma at 6 Ma. This acceleration is independently confirmed by increased cooling rates on the order of 100°C/Ma constrained on the basis of age differences between the zircon (U-Th)/He and the remaining systems. Apatite fission track data also plot on a steep age-elevation curve indicating rapid exhumation until the end of the Miocene. The 6 Ma event is interpreted as reflecting tectonically driven uplift of the Aar massif. The late Miocene timing implies that the increase of precipitation in the Pliocene did not trigger rapid exhumation in the Aar massif. The Messinian salinity crisis in the Mediterranean could not directly intensify erosion of the Aar but associated erosional output from the entire Alps may have tapered the orogenic wedge and caused reactivation of thrusting in the Aar massif. The high exhumation rates in the Messinian were followed by a decrease to ~1.3 km/Ma as evidenced by ~8 km of exhumation during last 6 Ma. The slowing of exhumation is also apparent from apatite (U-Th)1He age-elevation data in the northern part of the Lötschen valley where they plot on a ~0.5km/Ma line and range from 2.4 to 6.4 Ma However, from the apatite (U-Th)/He and fission track data from the NEAT tunnel, there is an indication of a perturbation of the record. The apatite ages are youngest under the axis of the valley, in contrast to an expected pattern where they would be youngest in the deepest sections of the tunnel due to heat advection into ridges. The valley however, developed in relatively soft schists while the ridges are built of solid granitoids. In line with hydrological observations from the tunnel, we suggest that the relatively permeable rocks under the valley floor, served as conduits of geothermal fluids that caused reheating leading to partial Helium loss and fission track annealing in apatites. In consequence, apatite ages from the lowermost samples are too young and the calculated exhumation rates may underestimate true values. This study demonstrated that high-density sampling is indispensable to provide meaningful thermochronological data in the Alpine setting. The multi-system approach allows verifying plausibility of the data and highlighting sources of perturbation. RÉSUMÉ DE THÈSE : La thermochronologie de basse température dépend de l'utilisation de systèmes radiométriques dont la température de fermeture est nettement inférieure à la température de cristallisation du minéral. Les résultats obtenus sont par conséquent interprétés comme des âges de refroidissement qui diffèrent des âges de formation obtenus par le biais d'autres systèmes de datation. Grâce aux températures de refroidissement basses, il est aisé de reconstruire les chemins de refroidissement et d'exhumation des roches lors de leur résidence dans la croute superficielle (jusqu'à 10 km). Les processus qui entrent en jeu à ces faibles profondeurs tels que l'exhumation finale, la fracturation et le faillage ainsi que la formation du relief sont fondamentaux dans l'évolution des chaînes de montagne. Ces dernières années, il est devenu clair que l'enregistrement thermochronologique dans les orogènes peut être influencé par le relief et réinitialisé par l'advection de la chaleur liée à la circulation de fluides géothermaux après le refroidissement initial. L'objectif de cette thèse est de reconstruire l'histoire tectono-thermique du massif de l'Aar dans les Alpes suisses Centrales à l'aide de trois thermochronomètres; (U-Th)/He sur zircon, (U-Th)/He sur apatite et les traces de fission sur apatite. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons récolté un grand nombre d'échantillons provenant de différentes altitudes dans la vallée fortement incisée de Lötschental ainsi que du tunnel de NEAT. Cette stratégie d'échantillonnage nous a permis de contraindre de manière précise la chronologie, les quantités et les mécanismes d'exhumation de cette zone des Alpes Centrales, d'évaluer le rôle de la topographie sur l'enregistrement thermochronologique et de tester l'impact de l'hydrothermalisme sur les géochronomètres. Les échantillons ont été prélevés à des altitudes comprises entre 650 et 3930m selon 5 profils verticaux en surface et un dans le tunnel. Quand cela à été possible, les trois systèmes radiométriques ont été appliqués aux échantillons. Les âges (U-Th)\He obtenus sur zircons sont compris entre 5.l et 9.4 Ma et sont corrélés de manière positive avec l'altitude. Les graphiques représentant l'âge et l'élévation montrent une nette rupture de la pente qui traduisent un accroissement de la vitesse d'exhumation de 0.4 à 3 km\Ma il y a 6 Ma. Cette accélération de l'exhumation est confirmée par les vitesses de refroidissement de l'ordre de 100°C\Ma obtenus à partir des différents âges sur zircons et à partir des autres systèmes géochronologiques. Les données obtenues par traces de fission sur apatite nous indiquent également une exhumation rapide jusqu'à la fin du Miocène. Nous interprétons cet évènement à 6 Ma comme étant lié à l'uplift tectonique du massif de l'Aar. Le fait que cet évènement soit tardi-miocène implique qu'une augmentation des précipitations au Pliocène n'a pas engendré cette exhumation rapide du massif de l'Aar. La crise Messinienne de la mer méditerranée n'a pas pu avoir une incidence directe sur l'érosion du massif de l'Aar mais l'érosion associée à ce phénomène à pu réduire le coin orogénique alpin et causer la réactivation des chevauchements du massif de l'Aar. L'exhumation rapide Miocène a été suivie pas une diminution des taux d'exhumation lors des derniers 6 Ma (jusqu'à 1.3 km\Ma). Cependant, les âges (U-Th)\He sur apatite ainsi que les traces de fission sur apatite des échantillons du tunnel enregistrent une perturbation de l'enregistrement décrit ci-dessus. Les âges obtenus sur les apatites sont sensiblement plus jeunes sous l'axe de la vallée en comparaison du profil d'âges attendus. En effet, on attendrait des âges plus jeunes sous les parties les plus profondes du tunnel à cause de l'advection de la chaleur dans les flancs de la vallée. La vallée est creusée dans des schistes alors que les flancs de celle-ci sont constitués de granitoïdes plus durs. En accord avec les observations hydrologiques du tunnel, nous suggérons que la perméabilité élevée des roches sous l'axe de la vallée à permi l'infiltration de fluides géothermaux qui a généré un réchauffement des roches. Ce réchauffement aurait donc induit une perte d'Hélium et un recuit des traces de fission dans les apatites. Ceci résulterait en un rajeunissement des âges apatite et en une sous-estimation des vitesses d'exhumation sous l'axe de la vallée. Cette étude à servi à démontrer la nécessité d'un échantillonnage fin et précis afin d'apporter des données thermochronologiques de qualité dans le contexte alpin. Cette approche multi-système nous a permi de contrôler la pertinence des données acquises ainsi que d'identifier les sources possibles d'erreurs lors d'études thermochronologiques. RÉSUMÉ LARGE PUBLIC Lors d'une orogenèse, les roches subissent un cycle comprenant une subduction, de la déformation, du métamorphisme et, finalement, un retour à la surface (ou exhumation). L'exhumation résulte de la déformation au sein de la zone de collision, menant à un raccourcissement et un apaissessement de l'édifice rocheux, qui se traduit par une remontée des roches, création d'une topographie et érosion. Puisque l'érosion agit comme un racloir sur la partie supérieure de l'édifice, des tentatives de corrélation entre les épisodes d'exhumation rapide et les périodes d'érosion intensive, dues aux changements climatiques, ont été effectuées. La connaissance de la chronologie et du lieu précis est d'une importance capitale pour une quelconque reconstruction de l'évolution d'une chaîne de montagne. Ces critères sont donnés par un retraçage des changements de la température de la roche en fonction du temps, nous donnant le taux de refroidissement. L'instant auquel les roches ont refroidit, passant une certaine température, est contraint par l'application de techniques de datation par radiométrie. Ces méthodes reposent sur la désintégration des isotopes radiogéniques, tels que l'uranium et le potassium, tous deux abondants dans les roches de la croûte terrestre. Les produits de cette désintégration ne sont pas retenus dans les minéraux hôtes jusqu'au moment du refroidissement de la roche sous une température appelée 'de fermeture' , spécifique à chaque système de datation. Par exemple, la désintégration radioactive des atomes d'uranium et de thorium produit des atomes d'hélium qui s'échappent d'un cristal de zircon à des températures supérieures à 200°C. En mesurant la teneur en uranium-parent, l'hélium accumulé et en connaissant le taux de désintégration, il est possible de calculer à quel moment la roche échantillonnée est passée sous la température de 200°C. Si le gradient géothermal est connu, les températures de fermeture peuvent être converties en profondeurs actuelles (p. ex. 200°C ≈ 7km), et le taux de refroidissement en taux d'exhumation. De plus, en datant par système radiométrique des échantillons espacés verticalement, il est possible de contraindre directement le taux d'exhumation de la section échantillonnée en observant les différences d'âges entre des échantillons voisins. Dans les Alpes suisses, le massif de l'Aar forme une structure orographique majeure. Avec des altitudes supérieures à 4000m et un relief spectaculaire de plus de 2000m, le massif domine la partie centrale de la chaîne de montagne. Les roches aujourd'hui exposées à la surface ont été enfouies à plus de 10 km de profond il y a 20 Ma, mais la topographie actuelle du massif de l'Aar semble surtout s'être développée par un soulèvement actif depuis quelques millions d'années, c'est-à-dire depuis le Néogène supérieur. Cette période comprend un changement climatique soudain ayant touché l'Europe il y a environ 5 Ma et qui a occasionné de fortes précipitations, entraînant certainement une augmentation de l'érosion et accélérant l'exhumation des Alpes. Dans cette étude, nous avons employé le système de datation (U-TH)/He sur zircon, dont la température de fermeture de 200°C est suffisamment basse pour caractériser l'exhumation du Néogène sup. /Pliocène. Les échantillons proviennent du Lötschental et du tunnel ferroviaire le plus profond du monde (NEAT) situé dans la partie ouest du massif de l'Aar. Considérés dans l'ensemble, ces échantillons se répartissent sur un dénivelé de 3000m et des âges de 5.1 à 9.4 Ma. Les échantillons d'altitude supérieure (et donc plus vieux) documentent un taux d'exhumation de 0.4 km/Ma jusqu'à il y a 6 Ma, alors que les échantillons situés les plus bas ont des âges similaires allant de 6 à 5.4 Ma, donnant un taux jusqu'à 3km /Ma. Ces données montrent une accélération dramatique de l'exhumation du massif de l'Aar il y a 6 Ma. L'exhumation miocène sup. du massif prédate donc le changement climatique Pliocène. Cependant, lors de la crise de salinité d'il y a 6-5.3 Ma (Messinien), le niveau de la mer Méditerranée est descendu de 3km. Un tel abaissement de la surface d'érosion peut avoir accéléré l'exhumation des Alpes, mais le bassin sud alpin était trop loin du massif de l'Aar pour influencer son érosion. Nous arrivons à la conclusion que la datation (U-Th)/He permet de contraindre précisément la chronologie et l'exhumation du massif de l'Aar. Concernant la dualité tectonique-érosion, nous suggérons que, dans le cas du massif de l'Aar, la tectonique prédomine.

Genetic isolation of insular populations of the Maghrebian bat, Myotis punicus, in the Mediterranean Basin

We investigate the population genetic structure of the Maghrebian bat, Myotis punicus, between the mainland and islands to assess the island colonization pattern and current gene flow between nearby islands and within the mainland. Location North Africa and the Mediterranean islands of Corsica and Sardinia. Methods We sequenced part of the control region (HVII) of 79 bats across 11 colonies. The phylogeographical pattern was assessed by analysing molecular diversity indices, examining differentiation among populations and estimating divergence time. In addition, we genotyped 182 bats across 10 colonies at seven microsatellite loci. We used analysis of molecular variance and a Bayesian approach to infer nuclear population structure. Finally, we estimated sex-specific dispersal between Corsica and Sardinia. Results Mitochondrial analyses indicated that colonies between Corsica, Sardinia and North Africa are highly differentiated. Within islands there was no difference between colonies, while at the continental level Moroccan and Tunisian populations were highly differentiated. Analyses with seven microsatellite loci showed a similar pattern. The sole difference was the lack of nuclear differentiation between populations in North Africa, suggesting a male-biased dispersal over the continental area. The divergence time of Sardinian and Corsican populations was estimated to date back to the early and mid-Pleistocene. Main conclusions Island colonization by the Maghrebian bats seems to have occurred in a stepping-stone manner and certainly pre-dated human colonization. Currently, open water seems to prevent exchange of bats between the two islands, despite their ability to fly and the narrowness of the strait of Bonifacio. Corsican and Sardinian populations are thus currently isolated from any continental gene pool and must therefore be considered as different evolutionarily significant units (ESU).

DNA barcoding of Corsican mayflies (Ephemeroptera) with implications on biogeography, systematics and biodiversity

Mayflies (Ephemeroptera) are known to generally present a high degree of insular endemism: half of the 28 species known from Corsica and Sardinia are considered as endemic. We sequenced the DNA barcode (a fragment of the mitochondrial COI gene) of 349 specimens from 50 localities in Corsica, Sardinia, continental Europe and North Africa. We reconstructed gene trees of eight genera or species groups representing the main mayfly families. Alternative topologies were built to test if our reconstructions suggested a single or multiple Corsican/Sardinian colonization event(s) in each genus or species group. A molecular clock calibrated with different evolution rates was used to try to link speciation processes with geological events. Our results confirm the high degree of endemism of Corsican and Sardinian mayflies and the close relationship between these two faunas. Moreover, we have evidence that the mayfly diversity of the two islands is highly underestimated as at least six new putative species occur on the two islands. We demonstrated that the Corsican and Sardinian mayfly fauna reveals a complex history mainly related to geological events. The Messinian Salinity Crisis, which is thought to have reduced marine barriers, thus facilitating gene flow between insular and continental populations, was detected as the most important event in the speciation of most lineages. Vicariance processes related to the split and rotation of the Corso-Sardinian microplate had a minor impact as they involved only two genera with limited dispersal and ecological range. Colonization events posterior to the Messinian Salinity Crisis had only marginal effects as we had indication of recent gene flow only in two clades. With very limited recent gene flow and a high degree of endemism, mayflies from Corsica and Sardinia present all the criteria for conservation prioritization.

Phylogenetic relationships of Apodemus Kaup, 1829 (Rodentia: Muridae) species in the Eastern Mediterranean inferred from mitochondrial DNA, with emphasis on iranian species

Wood mice of the genus Apodemus are widely distributed in Eurasia, with the Eastern Mediterranean being considered as a hotspot. Indeed, numerous species have been documented in Iran, including A. witherbyi, A. hyrcanicus, A. uralensis, A. avicennicus, A. hermonensis, and A. arianus. In this study, 129 specimens were collected from different Iranian localities and two specimens from Afghanistan. The animals were identified taxonomically and their phylogenetic relationships were investigated using cytochrome b mitochondrial DNA sequences. Five species of the genus Apodemus were identified in Iran, including A. hyrcanicus, A. witherbyi, A. cf. ponticus, A. uralensis, and A. mystacinus, beside, A. pallipes from Afghanistan. This study found no evidence of A. flavicollis or A. sylvaticus in Iran, despite their occurrence in Turkey, shedding doubt on the status of A. flavicollis in Iran, Asia Minor, and the Levant. Phylogenetic analyses imply that A. witherbyi has priority over A. avicennicus, A. hermonensis, and A. iconicus. Estimation of the divergence time for these taxa suggests a separation at around 7.2 Ma for the subgenera Karstomys (including A. mystacinus and A. epimelas) and Sylvaemus (including A. flavicollis, A. sylvaticus, A. uralensis, A. pallipes, A. hyrcanicus, A. witherbyi, and A. cf. ponticus). Within the subgenus Karstomys, the divergence times for A. mystacinus and A. epimelas were between 3.0 and 6.1 Ma, and divergence times within the subgenus Sylvaemus were between 5.2 and 6.9 Ma for A. witherbyi and other species in this subgenus. It is postulated that vicariance events including the uplifting of the Zagros Mountains and Anatolian Plateau in the middle Miocene and climate oscillations during the Messinian Salinity Crisis besides formation of the Hyrcanian tertiary forests during the Neogene probably played substantial roles in the radiation and distribution of the genus Apodemus in the Eastern Mediterranean.

Efficacité a court et moyen termes des traitements d'urgence-crise pour couples et families: résultats et perspectives [Short and medium-term effectiveness of the emergency-crisis treatments for couples and families: results and perspectives].

From 2007 to 2010, the emergency-crisis unit of the Couple and Family Consultation Unit -UCCF (West Psychiatric Service, Prangins Psychiatric Hospital, Psychiatric Department of CHUV) has carried out a research about the relevance and usefulness of emergency-crisis, systemic-oriented treatments, for deeply distressed couples and families. Besides epidemiologic data, we present results demonstrating the efficiency of those treatments, both at short-term and at a one year's range. The global impact of such treatments in terms of public health, but also economical issues, make us believe that they should be fully included in the new trend of psychiatric ambulatory care, into the social net.

Being Recognizable in Order to Overcome the Crisis: The Ambivalence of Islamis Actor's Struggle for Visibility in France and Switzerland

Since the 1990s, and especially since the early 2000s, passionate controversies (Göle 2014) have emerged around the new visibility of Islam in the public sphere across Europe. These controversies, which crystallized in the headscarf debate, seem even more disturbing given that women who wear it are often young, urban and educated: that is to say, "modern" (Göle 1997, 2011). Indeed, these young women wearing the hijab seem to disrupt the narrative of Western modernity, including the decline in religious practice (Hervieu-Léger 2006) or the narration of the process of secularization in Europe. It is in the context of these controversies that Islam is built imaginatively as a "public problem" that has to be "solved" (Behloul 2012). Thus, this social construction of the Muslim other has nurtured an assessment of the failure of multiculturalism in some European countries and a process of convergence around a single model of civic integration in Europe (Behloul 2012, Joppke 2004, 2010).

Consultation d'urgence/crise pour couples et families: motifs d'urgence et évaluation du traitement [Couples and families emergency/crisis consultation: emergency patterns and treatment assessment]

Since the opening in 2003 of the Couple & Family Consultation Unit (UCCF) at Prangins Hospital, we have met urgent demands and observed that the suffering systems (i.e., couples and families) couldn't face any waiting period. So in 2007 an Emergency/Crisis Facility was created, based on the hypothesis that there is no contra-indication to systemic emergency care, if one understands and structures both crisis and treatment. We studied the suffering population in demand and the emergency/crisis issues and assessed therapy efficiency. Then we observed that treating suffering systems in emergency does produce therapeutic gain in terms of crisis resolution and patients' satisfaction. Those treatments refer to public health issues, as considered the human, social and financial cost of couples/families dysfunctions.

The oceanic base of slope record of the Permian-Triassic crisis: view from Tethys (Oman)

The Oman Mountains provide some of the best sections of Permian and Triassic sediments from ocean sea floor to base-of-slope environments related to the distal South Tethyan margin. The central part of the range exposes the Buday'ah section of oceanic sediments in the so-called "Hawasina allochtons". The locality of Wadi Maqam in the north-western part of the Oman Mountains is among places where the thick Permian-Triassic base-of-slope sediments is exposed (Baud et al., 2001). Overlying 400 m of middle Permian limestones and dolomites, the upper Permian sediments consist of 50 m of ≈ 10 cm thick beds of cherts and dolomites rich in sponge spicules. The top of the Permian units is well bioturbated lime mudstone-wackestone, devoid of cherts and dated as late Changhsingian (Krystyn in Richoz et al., 2005). The boundary yellow shales are overlain by very thinly bedded, laminated microbial platy lime mudstone with H. parvus. The dramatic loss of the burrowing infauna indicates the appearance of oxygen-poor water. These Induan sediments are about 25 m thick and show at the top the first calcirudites, commonly clast-supported (edge-wise conglomerates), and are characterized by tabular clasts representing the sub- in situ reworking of the laminated, platy calcilutite. The very thick Smithian overlying litho-unit (up to 900 m) marks the onset on the base-of-slope of a deep-marine basin in which carbonate submarine fan deposits developed This very thick unit consists essentially of platy limestones, calcarenites and calcirudites. It comprises mainly grey-beige calcilutite, laminated and flaggy, interbedded with sparse beds of fine-grained calcarenite in cm beds. Channelized beds of intraformational calcirudite are also part of this succession which constitutes the greater part of the outcrop available. During the Spathian to Anisian, the sedimentation changes to terrigenous mudstone and siltstone that ended with Ladinian radiolarites.

Adrenal crisis presenting as hypoglycemic coma.

An 18-month-old male infant presented with hypoglycemic coma and clinical signs of bronchopneumonia. He was suspected of suffering from septic shock. The patient progressed to irreversible multiple organ failure before the diagnosis of adrenal crisis was established. Plasma levels of ACTH and cortisol remained undetectable. Renin and aldosterone were normal. An autopsy failed to demonstrate any adrenal gland cortical tissue. Immunohistochemical staining demonstrated the presence of all pituitary hormones except ACTH, establishing the diagnosis of isolated ACTH deficiency. Intensive care clinicians should consider adrenal crisis in non-diabetic children with hypoglycemia and rapid circulatory deterioration.