Geochemical compositions of Neogene phosphatic brachiopods: Implications for ancient environmental and marine conditions

Isotopic and trace element compositions of Miocene and Pliocene phosphatic brachiopods (Lingulidae and Discinidae) from southern North Sea, the Central Paratethys and the Atlantic coast of Europe were investigated in order to trace past environmental conditions and marine connections between the northern boreal and the southern subtropical-tropical marine basins. The North Sea genus Glottidia yielded low epsilon(Nd) and high delta O-18(PO4) values through the Mio-Pliocene indicating cold habitat temperature where the local seawater was dominated by the Atlantic Ocean. In contrast, the Middle Miocene Lingulidae and Discinidae of the Paratethys inhabited warm subtropical seawater with the possible influence of the Indian Ocean via the Mediterranean, as supported by their average epsilon(Nd) value of -8.3. The combined geochemical data support a thermal and marine separation of the Paratethys from the North Sea with no direct connection or major exchange of water from the Miocene onwards. The temperature in the Paratethys was very similar to that inferred from brachiopods from the Middle Miocene of western France, but the seawater epsilon(Nd) value here is identical to that of contemporaneous Atlantic Ocean. A Late Miocene lingulid brachiopod from southern Portugal has a high delta O-18(PO4), similar to the specimens investigated from the North Sea, reflecting either a deep water habitat or formation after the onset of major global cooling that resulted in an increased delta O-18 value of seawater. The epsilon(Nd) value of -8.4 for this site is compatible with an influence of Mediterranean outflow. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Latest Miocene - Pliocene Larger Foraminifera and depositional environments of the carbonate bank of La Désirade Island, Guadeloupe (French Antilles)

In this paper we present first results of the study of planktonic Foraminifera, large benthic Foraminifera and carbonate facies of La Désirade, aiming at a definition of the age and depositional environments of the Neogene carbonates of this island. The study of planktonic Foraminifera from the Detrital Offshore Limestones (DOL) of the Anciènne Carrière allows to constrain the biochronology of this formation to the lower Zone N19 and indicates a latest Miocene to early Pliocene (5.48 - 4.52 Ma) age. Large benthic Foraminifera were studied both as isolated and often naturally split specimens from the DOL, and in thin sections of limestones from the DOL and the Limestone Table (LT). The assemblages of Foraminifera include Nummulitidae, Amphisteginidae, Asterigerinidae, Peneroplidae, Soritidae, Rotalidae (Globigerinidae: Globigerinoides, Sphaeroidenellopsis, Orbulina) and incrusting Foraminifera (Homotrema and Sporadotrema). The genera Amphistegina, Archaias and Operculina are discussed. Concerning the Nummulitidae we include both "Paraspiroclypeus" chawneri and "Nummulites" cojimarensis, as well as a newly described species, Operculina desiradensis new species, in the genus Operculina, because the differences between these 3 species are rather on the specific than the generic level, while their morphology, studied by SEM, is compatible with the definition of the genus Operculina (D'Orbigny1826, emend. Hottinger 1977). The three species can be easily distinguished on the basis of their differences in spiral growth: while O. desiradensis has an overall logarithmic spiral growth, O. cojimarensis and especially O. chawneri show a tighter and more geometric spiral growth. O. cojimarensis and O. chawneri were originally described from Cuba in outcrops originally dated as Oligocene and later redated as early Pliocene. Therefore, O. chawneri was considered until now as restricted to the early Pliocene. However, in the absence of a detailed morphometric and biostratigraphic study of the Caribbean Neogene nummulitids, it is difficult to evaluate the biochronologic range of these species.The history of the carbonates begins with the initial tectonic uplift and erosion of the Jurassic igneous basement of La Désirade, that must have occurred at latest in late Miocene times, when sea-level oscillated around a long term stable mean. The rhythmic deposition of the Désirade Limestone Table (LT) can be explained by synsedimentary subsidence in a context of rapidly oscillating sea-level due to precession-driven (19-21 kyr) glacio-eustatic sea-level changes during the latest Miocene- Pliocene. Except for a thin reef cap present at the eastern edge of the LT, no other in-place reefal constructions have been observed in the LT. The DOL of western Désirade are interpreted as below wave base gravity deposits that accumulated beneath a steep fore-reef slope. They document the mobilisation of carbonate material (including Larger Foraminifera) from an adjacent carbonate platform by storms and their gravitational emplacement as debris and grain flows. The provenance of both the reefal carbonate debris and the tuffaceous components redeposited in the carbonates of La Désirade must be to the west, i. e. the carbonate platforms of Marie Galante and Grande Terre.

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.

Migration of sharks into freshwater systems during the Miocene and implications for Alpine paleoelevation

Trace-element and isotopic compositions of fossilized shark teeth sampled from Miocene marine sediments of the north Alpine Molasse Basin, the Vienna Basin, and the Pannonian Basin generally show evidence of formation in a marine environment under conditions geochemically equivalent to the open ocean. In contrast, two of eight shark teeth from the Swiss Upper Marine Molasse locality of La Moliere have extremely low delta O-18 values (10.3% and 11.3%) and low Sr-87/Sr-86 ratios (0.707840 and 0.707812) compared to other teeth from this locality (21.1%,22.4%o and 0.708421-0.708630). The rare earth element (REE) abundances and patterns from La Moliere not only differ between dentine and enameloid of the same tooth, but also between different teeth, supporting variable conditions of diagenesis at this site. However, the REE patterns of enameloid from the ``exotic'' teeth analyzed for O and Sr isotopic compositions are similar to those of teeth that have O and Sr isotopic compositions typical of a marine setting at this site. Collectively, this suggests that the two ``exotic'' teeth were formed while the sharks frequented a freshwater environment with very low O-18-content and Sr isotopic composition controlled by Mesozoic calcareous rocks. This is consistent with a paleogeography of high-elevation (similar to 2300 m) Miocene Alps adjacent to a marginal sea.

Oligo-Miocene extensional tectonics and fluid flow across the Northern Snake Range detachment system, Nevada

The Northern Snake Range (Nevada) represents a spectacular example of a metamorphic core complex and exposes a complete section from the mylonitic footwall into the hanging wall of a fossil detachment system. Paired geochronological and stable isotopic data of mylonitic quartzite within the detachment footwall reveal that ductile deformation and infiltration of meteoric fluids occurred between 27 and 23 Ma. Ar-40/Ar-39 ages display complex recrystallization-cooling relationships but decrease systematically from 26.9 +/- 0.2 Ma at the top to 21.3 +/- 0.2 Ma at the bottom of footwall mylonite. Hydrogen isotope (delta D) values in white mica are very low (-150 to -145 %) within the top 80-90 m of detachment footwall, in contrast to values obtained from the deeper part of the section where values range from -77 to -64 %, suggesting that time-integrated interaction between rock and meteoric fluid was restricted to the uppermost part of the mylonitic footwall. Pervasive mica-water hydrogen isotope exchange is difficult to reconcile with models of Ar-40 loss during mylonitization solely by volume diffusion. Rather, we interpret the Ar-40/Ar-39 ages of white mica with low-delta D values to date syn-mylonitic hydrogen and argon isotope exchange, and we conclude that the hydrothermal system of the Northern Snake Range was active during late Oligocene (27-23 Ma) and has been exhumed by the combined effects of ductile strain, extensional detachment faulting, and erosion.

Origin of amphibole megacrysts in the Pliocene-Pleistocene basalts of the Carpathian-Pannonian region

Major and trace element compositions, stable H and 0 isotope compositions and Fe 31 contents of amphibole megacrysts of Pliocene-Pleistocene alkaline basalts have been investigated to obtain information on the origin of mantle fluids beneath the Carpathian-Pannonian region. The megacrysts have been regarded as igneous cumulates formed in the mantle and brought to the surface by the basaltic magma. The studied amphiboles have oxygen isotope compositions (5.4 +/- 0.2 %., 1 sigma), supporting their primary mantle origin. Even within the small 6180 variation observed, correlations with major and trace elements are detected. The negative delta(18)O-MgO and the positive delta(18)O-La/Sm(N) correlations are interpreted to have resulted from varying degrees of partial melting. The halogen (F, Cl) contents are very low (< 0.1 wt. %), however, a firm negative (F+Cl)-MgO correlation (R(2) = 0.84) can be related to the Mg-Cl avoidance in the amphibole structure. The relationships between water contents, H isotope compositions and Fe 31 contents of the amphibole megacrysts revealed degassing. Selected undegassed amphibole megacrysts show a wide 813 range from -80 to -20 parts per thousand. The low delta D value is characteristic of the normal mantle, whereas the high delta D values may indicate the influence of fluids released from subducted oceanic crust. The chemical and isotopic evidence collectively suggest that formation of the amphibole megacrysts is related to fluid metasomatism, whereas direct melt addition is insignificant.

Palaeoenvironment and palaeoclimate of the Middle Miocene lake in the Steinheim basin, SW Germany: A reconstruction from C, O, and Sr isotopes of fossil remains

A differentiated reconstruction of palaeolimnologic, -environmental, and -climatic conditions is presented for the Middle Miocene long-term freshwater lake (14.3 to 13.5 Ma) of the Steinheim basin, on the basis of a combined C, 0, and Sr isotope study of sympatric skeletal fossils of aquatic and terrestrial organisms from the lake sediments. The oxygen isotope composition for lake water of the Steinheim basin (delta O-18(H2O) = +2.0 +/- 0.4 parts per thousand VSMOW, n = 6) was reconstructed from measurements of delta O-18(PO4) of aquatic turtle bones. The drinking water calculated from the enamel of large mammals (proboscideans, rhinocerotids, equids, cervids, suids) has delta O-18(H2O) values (delta(OH2O)-O-18 = -5.9 +/- 1.7 parts per thousand VSMOW, n = 31) typical for Middle Miocene meteoric water of the area. This delta O-18(H2O) value corresponds to a mean annual air temperature (MAT) of 18.8 +/- 3.8 degrees C, calculated using a modem-day delta(OH2O)-O-18-MAT relation. Hence, large mammals did not use the lake water as principal drinking water. In contrast, small mammals, especially the then abundant pika Prolagus oeningensis drank from O-18-enriched water sources (delta O-18(H2O) = +2.7 +/- 2.3 parts per thousand VSMOW, n = 7), such as the lake water. Differences in Sr and 0 isotopic compositions between large and small mammal teeth indicate different home ranges and drinking behaviour and support migration of some large mammals between the Swabian Alb plateau and the nearby Molasse basin, while small mammals ingested their food and water locally. Changes in the lake level, water chemistry, and temperature were inferred using isotopic compositions of ostracod and gastropod shells from a composite lake sediment profile. Calcitic ostracod valves (Ilyocypris binocularis; delta O-18 = +1.7 +/- 1.2 parts per thousand VPDB, delta C-18 = -0.5 +/- 0.9 parts per thousand, VPDB, n = 68) and aragonitic, gastropod shells (Gyraulus spp.; delta O-18 = +2.0 +/- 13 parts per thousand VPDB, delta C-13 = -1.1 +/- 1.3 parts per thousand VPDB, n = 89) have delta O-18 and delta C-13 values similar to or even higher than those of marine, carbonates. delta C-13 values:of the biogenic carbonates parallel lake level fluctuations while delta O-18 values scatter around +2 +/- 2 parts per thousand and reflect the short term variability of meteoric water inflow vs. longer term evaporation. Sr-87/Sr-86 ratios of aragonitic Gyraulus spp. gastropod shells parallel the lake level fluctuations, reflecting variable inputs of groundwater and surface waters. Using a water delta O-18(H2O) value of +2.0 parts per thousand VSMOW, water temperatures calculated from skeletal tissue delta O-18 values of ostracods are 16.7 +/- 5.0 degrees C, gastropods 20.6 +/- 5.6 degrees C, otoliths 21.8 +/- 1.4 degrees C, and fish teeth 17.0 +/- 2.7 degrees C. The calculated MAT (similar to 19 degrees C), lake water temperatures (similar to 17 to 22 degrees C) and the O-18-enriched water compositions are indicative of warm-temperate climatic conditions, possibly with a high humidity during this period. Vegetation in the area surrounding the basin was largely of the C-3-type, as indicated by carbon isotopic compositions of tooth enamel from large mammals (delta C-13 = -11.1 +/- 1.1 parts per thousand VPDB, n = 40). (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Assessing sedimentary evolution by means of Sr-isotope ratios : 3 case studies on the Caribbean plate : (Cretaceous: Nicoya Peninsula, Costa Rica, Tertiary: Hess Rise, and La Désirade, Guadeloupe, France)

The understanding of sedimentary evolution is intimately related to the knowledge of the exact ages of the sediments. When working on carbonate sediments, age dating is commonly based on paleontological observations and established biozonations, which may prove to be relatively imprecise. Dating by means of strontium isotope ratios in marine bioclasts is the probably best method in order to precisely date carbonate successions, provided that the sample reflects original marine geochemical characteristics. This requires a precise study of the samples including its petrography, SEM and cathodoluminescence observations, stable carbon and oxygen isotope geochemistry and finally the strontium isotope measurement itself. On the Nicoya Peninsula (Northwestern Costa Rica) sediments from the Piedras Blancas Formation, Nambi Formation and Quebrada Pavas Formation were dated by the means of strontium isotope ratios measured in Upper Cretaceous Inoceramus shell fragments. Results have shown average 87Sr/86Sr values of 0.707654 (middle late Campanian) for the Piedras Blancas Formation, 0.707322 (Turonian-Coniacian) for the Nambi Formation and 0.707721 (late Campanian-Maastrichtian) for the Quebrada Pavas Formation. Abundant detrital components in the studied formations constitute a difficulty to strontium isotope dating. In fact, the fossil bearing sediments can easily contaminate the target fossil with strontium mobilized form basalts during diagenesis and thus the obtained strontium isotope ratios may be influenced significantly and so will the obtained ages. The new and more precise age assignments allow for more precision in the chronostratigraphic chart of the sedimentary and tectonic evolution of the Nicoya Peninsula, providing a better insight on the evolution of this region. Meteor Cruise M81 dredged shallow water carbonates from the Hess Rise and Hess Escarpment during March 2010. Several of these shallow water carbonates contain abundant Larger Foraminifera that indicates an Eocene-Oligocene age. In this study the strontium isotope values ranging from 0.707847 to 0.708238 can be interpreted as a Rupelian to Chattian age of these sediments. These platform sediments are placed on seamounts, now located at depths reaching 1600 m. Observation of sedimentologic characteristics of these sediments has helped to resolve apparent discrepancies between fossil and strontium isotope ages. Hence, it is possible to show that the subsidence was active during early Miocene times. On La Désirade (Guadeloupe France), the Neogene to Quaternary carbonate cover has been dated by microfossils and some U/Th-ages. Disagreements subsisted in the paleontological ages of the formations. Strontium isotope ratios ranging from 0.709047 to 0.709076 showed the Limestone Table of La Désirade to range from an Early Pliocene to Late Pliocene/early Pleistocene age. A very late Miocene age (87Sr/86Sr =0.709013) can be determined to the Detrital Offshore Limestone. The flat volcanic basement had to be eroded by wave-action during a long-term stable relative sea-level. Sediments of the Table Limestone on La Désirade show both low-stand and high-stand facies that encroach on the igneous basement, implying deposition during a major phase of subsidence creating accommodation space. Subsidence is followed by tectonic uplift documented by fringing reefs and beach rocks that young from the top of the Table Limestone (180 m) towards the present coastline. Strontium isotope ratios from two different fringing reefs (0.707172 and 0.709145) and from a beach rock (0.709163) allow tentative dating, (125ky, ~ 400ky, 945ky) and indicate an uplift rate of about 5cm/ky for this time period of La Désirade Island. The documented subsidence and uplift history calls for a new model of tectonic evolution of the area.

Phylogeny of shrews (Soricidae) : taxonomic and biogeographic implications

Résumé Les Soricidae sont l'une des plus grandes familles de mammifères avec plus de 300 espèces décrites. Elle a été récemment divisée en trois sous-familles, les Soricidae, qui sont distribuées dans la région Holarctique, les Crocidurinae en Afrique et en Eurasie, et les Myosoricinae en Afrique. La diversité spécifique de cette famille a conduit à des interprétations taxonomiques multiples, qui sont à l'origine de polémiques entre spécialistes, et même les premiers résultats moléculaires ont été fortement contradictoires. Le but de cette thèse est donc d'appliquer des meilleures techniques sur des échantillons mieux ciblés, afin de résoudre les contradictions taxonomiques et comprendre l'histoire de cette famille. Par le biais de marqueurs génétiques mitochondriaux et nucléaires, j'ai étudié: (i) Les relations taxonomiques à différent niveaux hiérarchiques au sein des Soricidae, c'est-à dire, entre les sous-familles, tribus, et genres, ainsi qu'au sein de deux complexes d'espèces largement distribués, et d'une espèce européenne, le but étant d'établir la congruence entre les données génétiques et les interprétations morphologiques classiques. (ii) Les relations biogéographiques, soit l'origine potentielle des différentes sous-familles, tribus, et genres, le nombre d'échanges intercontinentaux, ainsi que la structure phylogéographique à un niveau (péri)-spécifique, afin d'établir l'histoire de la diversification de cette famille. Les analyses combinées d'ADN mitochondrial et nucléaire ont montré un rapport clair entre les taxa à un niveau taxonomique élevé, mettant en évidence les rapports entre les sous-familles, les tribus, et les genres. Bien que Myosorex constitue un groupe monophylétique distinct, sa définition en tant que sous-famille séparée ne peut pas être reconnue. Ainsi, nous proposons d'attribuer un niveau de tribu pour ce clade (inclus dans les Crocidurinae). Nous avons également montré l'inclusion du genre Anourosorex dans les Soricinae et non en position basale dans les Soricidae. Au sein des Crocidurinae, Suncus s'est révélé être paraphylétique, et le genre Diplomesodon devrait être considéré d'un point de vue génétique comme invalide, puisque il se trouve au sein du clade du genre Crocidura. À un niveau taxonomique plus bas, nous avons montré la monophylie de deux complexes d'espèces largement distribués, le groupe de C. suaveolens et de C. olivieri. Néanmoins à l'intérieur de ceux-ci, des différences majeures avec la classification morphologique se sont révélées. Par exemples, C. sibirica n'est pas une espèce valide, les analyses de phylogénie moléculaire ne montrant pas de variations génétiques entre celle-ci et un échantillon de la localité type de C. suaveolens. D'un point de vue biogéographique, les fluctuations climatiques et les activités tectoniques des 20 derniers millions d'années ont fortement influencé la diversité actuelle des Soricidae. À un niveau taxonomique élevé, l'apparition de connexions de terre temporaires entre le Vieux et le Nouveau Monde au Miocène moyen ont mené à plusieurs colonisations indépendantes de l'Amérique par les Soricinae. Celles-ci ónt conduit à une diversification d'une tribu (Notiosoricini), ainsi que de genres (par ex: Cryptotis, Blarina) et d'un sous-genre (Otisorex) endémique au Néarctique. Dans le Vieux Monde, les barrières entre l'Afrique et Eurasie étaient plus perméables, menant à plusieurs échanges bidirectionnels de Crocidurinae. La diversification des clades principaux s'est produite au Miocène, certains clades étant endémiques d'Afrique ou d'Eurasie, tandis que d'autres se sont diversifiés à travers le Vieux Monde. À un niveau spécifique ou péri-spécifique, la fluctuation climatique du Pliocène et les glaciations du Pléistocène ont fortement divisé les populations dans tout le Paléarctique, menant à des entités génétiques distinctes. En Europe, les populations du groupe de C. suaveolens ont été divisées en une lignée Sud-Ouest et une Sud-Est, alors qu'au Proche-Orient et au Moyen-Orient, la diversité de clades est plus importante. En conclusion, mes études ont révélé que du Miocène à nos jours, la diversification des Soricidae a été provoquée par la colonisation de nouveaux habitats (dispersion), ainsi que par l'isolement des populations par diverses barrières (vicariance). Abstract The Soricidae is one of the largest mammalian families with more than 300 species described. It has been recently divided into three subfamilies, the Soricinae, which are distributed in the Holartic region, the Crocidurinae in Africa and Eurasia, and the Myosoricinae in Africa. The specific diversity of this family have led to multiple systematic interpretations and controversies between authors. Fortunately, today, cytotaxonomic, allozymic and molecular studies have permitted to clarify some uncertainties. Nevertheless, the Soricidae remains still poorly known. In this thesis, we aim at understanding with the use of mitochondrial and nuclear markers: (i) the taxonomic relationships at different hierarchical levels within Soricidae, i.e., between the subfamilies, tribes, and genera, as well as within two largely distributed species complexes, and within a European species, the goal being to establish congruence between the genetic data and traditional morphological interpretations; (ii) the biogeographic relationships, especially the potential origin of the different subfamilies, tribes, and genera, the number of transcontinental exchanges, as well as the phylogeographic structure at a (peri)-specific level, in order to establish the history of the genetic diversification of this family. The combined analyses of mitochondrial and nuclear DNA highlight for the first time a clear relationship between taxa at a high taxonomical level, permitting to distinguish the relationships between subfamilies, tribes, and genera. Although Myosorex formed a distinct monophyletic group, its definition as a distinct sub-family cannot be advocated. Thus, we propose to attribute a tribe level for this Glade (included within the Crocidurinae). Additionally, this combination of genes pleads in favour of the inclusion of the genus Anourosorex within the Soricinae and not in a basal position within the Soricidae. Within the Crocidurinae, Suncus appeared to be paraphyletic, and Diplomesodon should be considered from a genetic point of view as invalid, and is presently considered as Crocidura. At a lower taxonomic level, we showed the monophyly of two widely distributed species complexes, the C. suaveolens group and the C. olivieri group. Nevertheless within those, we showed major differences compared to morphological classification. For examples, C. sibirica revealed to not be a valid species, the molecular phylogenetic analyses failed to evidence genetical variations between it and samples of the type locality of C. suaveolens. In a biogeographic point of view, the climatic fluctuations and the tectonic plate activities of the last 20 Myr have strongly influenced the actual diversity of the family. At a high taxonomic level, the successive land bridge connections between the Old and the New World, which occurred during the Middle Miocene, have led to several independent colonisations of America by Soricinae, and a subsequent diversification of endemic Nearctic's tribe (Notiosoricini), genera (e.g. Cryptotis, Blaring) and sub-genus (Otisorex) within the Soricinae. Within the Old World, the barriers between Africa and Eurasia were more permeable, leading to several bidirectional exchanges within the Crocidurinae. The diversification of major clades occurred through the Miocene, some clades being endemic to Africa or Eurasia, whereas others diversified through the Old World. At a species level or a peri-specific level, the Pliocene climatic fluctuation and the Pleistocene glaciations have strongly divided the populations throughout the Palaearctic, leading to well defined genetic entities. In Europe, populations of the C. suaveolens group were split in a classical south-western and south-eastern lineage. In contrast, the Near East and the Middle East reveal many differentiated clades. In conclusion, our studies revealed that, from the Miocene to present, the diversification and speciation events within the Soricidae were caused by natural colonisation of new habitats (dispersion) and isolation of populations by various barriers (vicariance).

The early Miocene rotation of the Corso-Sardinian block. New paleomagnetic constraints for the end of the motion

The paleomagnetic investigations carried out in the 70's on Oligo-Miocene volcanics of Sardinia have demonstrated that the island was turned by 35-30 degrees clockwise from 33 Ma up to 3-1-20.5 Ma and rotated counterclockwise in a few million years [De Jong et al., 1969, 1973; Bobier et Coulon, 1970; Coulon et al., 1974; Manzoni, 1974, 1975; Bellon rr nl.. 1977: Edel et Lortscher, 1977; Edel, 1979, 1980]. Since then, the end of the rotation fixed at 19 Ma by Montigny er al. [1981] was the subject of discussions and several studies associating paleomagnetism and radiometric dating were undertaken [Assorgia er al., 1994: Vigliotti et Langenheim, 1995: Deino et al., 1997; Gattacceca rt Deino, 1999]. This is a contribution to this debate that is hampered by thr important secular variation recorded in the volcanics. The only way to get our of this problem is to sample series of successive flows as completely as possible, and to reduce the effect of secular variation by the calculation of means. Sampling was performed north of Bonorva in 5 pyroclastic flows that belong to the upper ignimbritic series SI2 according to Coulon rr nl. [1974] or LBLS according to Assorgia et al. [1997] (fig. I). Ar-40/Ar-39 dating of biotites from the debris flow (MDF) has yielded an age or 18.35 +/- 0.03 Ma [Dubois, 2000]. Five of the investigated sites are located beneath the debris flow ITV, TVB, TVD, SPM85, SPM86), one site was cured in the matrix of the debris flow (MDF) and one in 4 metric blocks included in the flow (DFC). Another site was sampled in the upper ash flow (PDM) that marks the end of the pyroclastic activity, just before the marine transgression. According to micropaleontological and radiometric dating this transgression has occurred between 18.35 and 17.6 Ma [Dubois, 2000]. After removal of a soft viscous component, the thermal demagnetization generally shows a univectorial behaviour of the remanent magnetization (fig. 2a). The maximum unblocking temperatures of 580-620 degrees (tab. I) and a rapid saturation below 100 mT (fig. 3) indicate that the carrier of the characteristic magnetization is magnetite. The exception comes: from the upper site PDM in which were found two characteristic components, one with a normal polarity and low unblocking temperatures up to 350 degreesC and one with a reversed polarity and maximum unblocking temperatures at 580-600 degreesC of magnetite. After calculation of a mean direction for each flow, the mean << Al >> direction 4 degrees /57 degrees (alpha (95) = 13 degrees) computed with the mean directions for the 5 flows may be considered as weakly affected by secular variation. But the results require a more careful examination. The declinations are N to NNW beneath the debris flow. NNW in the debris flow. and NNE (or SSW) above the debris flow, The elongated distribution of the directions obtained at sites TVB and TVD. scattered from the mean direction of TV to the mean direction of MDF is interpreted as due to partial overprinting during the debris How volcanic episode, The low temperature component PDMa is likely related to the alteration seen on thin sections and is also viewed as an overprint. As NNE/SSW directions occur as well below (mean direction << B >> : 5 degrees /58 degrees) as above the debris flow (PDMb : 200 degrees/-58 degrees). the NNW directions (<< C >> : 337 degrees /64 degrees) associated with the debris flow volcanism may be interpreted as resulting from a magnetic field excursion. According to the polarity scale of Cande and Kent [1992, 1995] and the radiometric age of MDF, the directions with normal polarity (TV, TVB, TVD, SPM85. SPM86a. MDF. DFC) may represent the period 5En. while the directions with reversed polarity PDMb and SPM86b were likely acquired during the period 5Dr. Using the mean << Al >> direction, the mean << B >>, or the PDM direction (tab. I). the deviation in declination with the direction of stable Europe 6.4 degrees /58.7 degrees (alpha (95) = 8 degrees) for a selection of 4 middle Tertiary poles by Besse et Courtillot [1991] or 7 degrees /56 degrees (alpha (95) = 3 degrees) for 19 poles listed by Edel [1980] can be considered as negligible. Using the results from the uppermost ignimbritic layer of Anglona also emplaced around 18.3 Ma [Odin rt al.. 1994]. the mean direction << E >> (3 degrees /51.5 degrees) leads to the same conclusion. On the contrary, when taking into account all dated results available for the period 5En (mean direction << D >> 353 degrees /56 degrees for 45 sites) (tab. II). the deviation 13 degrees is much more significant. As the rotation of Sardinia started around 21-20.5 Ma. the assumption of a constant velocity of rotation and the deviations of the Sardinia directions with respect to the stable Europe direction locate the end of the motion between 18.3 and 17.2 or 16.7 Ma (fig. 4). During the interval 18.35-17.5 Ma, the marine transgression took place. At the same period a NE-SW shortening interpreted as resulting from the collision of Sardinia with Apulia affected different parts of the island [Letouzey et al., 1982]. Consequently, the new paleomagnetic results and the tectono-sedimentary evolution are in favour of an end of the rotation at 17.5-18 Ma.

Petrology and chemistry of the Chalten Plutonic Complex and implications on the magmatic and tectonic evolution of the Southernmost Andes (Patagonia) during the Miocene

Résumé Scientific:Pétrologie et Géochimie du Complexe Plutonique de Chaltén et les conséquences pour l'évolution magmatique et tectonique du Andes du Sud (Patagonia) pendant le MiocèneLe sujet de cette thèse est le Complexe Plutonique de Chaltén (CHPC), situé à la frontière entre le Chili et l'Argentine, en Patagonie (49°15'S). Ce complexe s'est mis en place au début du Miocène, dans un contexte de changements tectoniques importants. La géométrie et la vitesse de migration des plaques en Patagonie a été modifiée suite l'ouverture de la plaque Farallon il y a 25Ma (Pardo-Casas and Molnar 1987) et la subduction de la ride active du Chili sous la plaque sud-américaine il y a 14Ma (Cande and Leslie 1986). Les effets de cette reconfiguration tectonique sur la morphologie et le magmatisme de la plaque supérieure sont encore sujets à discussion. Dans ce contexte, un groupe d'intrusions miocènes - telle que le CHPC - est particulièrement intriguant, car en position transitionnelle entre le batholithe patagonien et l'arc volcanique cénozoïque et récent à l'ouest, et les laves de plateau de Patagonie à l'est (Fig. 1). A cause de leur position tectonique transitoire, ces plutons isolés hors du batholithe représentent un endroit clé pour comprendre les interactions entre la tectonique à large échelle et le magmatisme en Patagonie. Ici, je présente de nouvelles données de terrain, petrologiques, géochimiques et géochronologiques dans le but de caractériser la nature du CHPC, qui était largement inconnu avant cette étude, dans le but de tester l'hypothèse de migration de l'arc et erosion par subduction.Les résultats de l'investigation géochimique (chapitre 2) montrent que le CHPC n'est qu'un exemple parmi les plutons isolés d'arrière arc ave une composition calco-alcaline caractéristique, c-à-d une signature d'arc. La plupart de ces plutons isolés ont une composition alcaline. Le CHPC, contrairement, a une signature calco-alcaline avec Κ intermédiaire, tel que le batholithe patagonien et la plupart des roches volcaniques quaternaires liées à l'arc le long des Andes.De nouvelles données géochronologiques U-Pb de haute précision sur des zircons, acquis par TIMS, sur le CHPC donnent des âges entre 17.0 et 16.4Ma. Les âges absolus sont en accord avec la séquence intrusive déduite des relations de terrain (chapitre 1). Ces données sont les premières contraintes d'âge U-Pb sur le CHPC. Elles montrent clairement que l'histoire magmatique du CHPC n'a pas de lien direct avec la subduction de la ride à cette latitude (Cande and Leslie 1986), car le complexe est au moins 6Ma plus ancien.Une comparaison en profondeur avec les autres intrusions d'âge Miocène en Patagonie révèlent - pour la première fois - une évolution temporelle intéressante. Il y a une tendance E-W distincte au magmatisme calco-alcalin entre 20-16Ma avec une diminution de l'âge vers l'est - le CHPC est l'expression la plus orientale de cette tendance. Je suggère que la relation espace-temps reflète une migration vers l'est (vers le continent) de l'arc magmatique. Je propose que le facteur principal contrôlant cette migration est la subduction rapide suite à la reconfiguration de la vitesse des plaques tectoniques après l'ouverture la plaque Farallon (à ~26Ma) qui résulterait en une déformation importante ainsi qu'à des taux élevés d'érosion dans la fosse de subduction.Les rapports d'isotopes radiogéniques (Pb, Sr, Nd) élevés, une signature 6018 basse et un rapport Th/La élevé sont des paramètres distinctifs pour les roches mafiques du CHPC. Le modèle isotopique présenté (chapitre 2) suggère que cette signature reflète une contamination de la source, dans le coin de manteau, plutôt qu'une contamination crustale. La signature des éléments en trace du CHPC indiquent que le coin de manteau a été contaminé par des composés terrigènes, le plus vraisemblablement par des sédiments paléozoïques.Les travaux de terrain, la pétrographie et la géothermobarométrie ont été utilisés dans le but de comprendre l'histoire interne du CHPC (chapitre 3). Ces données suggèrent deux niveaux distincts de cristallisation : l'un dans la croûte moyenne (6 à 4.5kbar) et l'autre à un niveau peu profond (3.5 à 2kbar). La modélisation isotopique AFC de la contamination crustale indique des taux variables d'assimilation, qui ne sont pas corrélés avec le degré de différenciation. Cela suggère que différents volumes de magma se sont différenciés en profondeur, de façon indépendante. Cela implique que le CHPC se serait formés en plusieurs puises de magmas provenant d'au moins trois sources différentes. Les textures des granodiorites et des granites indiquent des teneurs élevées en cristaux avant la mise en place et, par conséquent, des températures d'emplacement faibles. Les observations de terrain montrent que les roches mafiques sont déformées, alors que ce n'est pas le cas pour les granodiorites et granites (plus jeunes). La déformation des roches mafiques est encore sujet de recherche, afin de savoir si elle est liée à la déformation régionale en régime compressif ou à l'emplacement lui-même. Cependant, la mise en place de grand volume de magma felsique riche en cristaux suggère un régime d'extension.Scientific Abstract:Petrology and chemistry of the Chaltén Plutonic Complex and implications on the magmatic and tectonic evolution of the Southernmost Andes (Patagonia) during the MioceneThe subject of this thesis is the Chaltén Plutonic Complex (CHPC) located at the frontier between Chile and Argentina in Patagonia (at 49° 15 'Southern latitude). This complex intruded during early Miocene in a context of major tectonics changes. The plate geometry of Patagonia has been modified by changes in the plate motions after the break up of the Farallôn plate at 25Ma (Pardo-Casas and Molnar 1987) and by the subduction of the Chile spreading Ridge beneath South-America at 14 Ma (Cande and Leslie 1986). The effects of this tectonic setting on the morphology and the magmatism of the overriding plate are a matter of on-going discussion. Particularly intriguing in this context is a group of isolated Miocene intrusions - like the CHPC - which are located in a transitional position between the Patagonian Batholith and the Cenozoic and Recent volcanic arc in the West, and the Patagonian plateau lavas in the East (Fig. 1). Due to their transient tectonic position these isolated plutons outside the batholith represent a key to understanding the interaction between global-scale tectonics and magmatism in Patagonia. Here, I present new field, penological, geochemical and geochronological data to characterize the nature of the CHPC, which was largely unknown before this study, in order to test the hypothesis of time- transgressive magmatism.The results of the geochemical investigation (Chapter 2) show that the CHPC is only one among these isolated back-arc plutons with a characteristic calc-alkaline composition, i.e. arc signature. Most of these isolated intrusives have an alkaline character. The CHPC, in contrast, has a medium Κ calc-alkaline signature, like the Patagonian batholith and most of the Quaternary arc-related volcanic rocks along the Andes.New high precision TIMS U-Pb zircon dating of the CHPC yield ages between 17.0 to 16.4 Ma. The absolute ages support the sequence of intrusion relations established in the field (Chapter 1). These data are the first U-Pb age constraints on the CHPC, and clearly show that the magmatic history of CHPC has no direct link to the subduction of the ridge, since this complex is at least 6 Ma older than the time of collision of the Chile ridge at this latitude (Cande and Leslie 1986).An in-depth comparison with other intrusion of Miocene age in Patagonia reveals - for the first time - an interesting temporal pattern. There is a distinct E-W trend of calc-alkaline magmatism between 20-16 Ma with the younging of ages in the East - the CHPC is the easternmost expression of this trend. I suggest that this time-space relation reflects an eastward (landward) migration of the magmatic arc. I propose that main factor controlling this migration is the fast rates of subduction after the major reconfigurations of the plate tectonic motions after the break up of the Farallôn Plate (at -26 ) resulting in strong deformation and high rates of subduction erosion.High radiogenic isotope ratios (Pb, Sr, Nd) ratios, low 5018 signature and high Th/La ratios in mafic rocks are distinctive features of the CHPC. The presented isotopic models (Chapter 2) suggest that this signature reflects source contamination of the mantle wedge rather than crustal contamination. The trace element signature of the CHPC indicates that the mantle wedge was contaminated with a terrigenous component, most likely from Paleozoic sediments.Fieldwork, petrography and geothermobarometry were used to further unravel the internal history of the CHPC (Chapter 3). These data suggest two main levels of crystallization: one a mid crustal levels (6 to 4.5 kbar) and other a shallow level (3.5 to 2 kbar). Isotopic AFC modeling of crustal contamination indicate variable rates of assimilation, which are not correlated with the degree of differentiation. This suggests that different batches of magma differentiate independently at depths. This implies that the CHPC would have formed by several pulses of magmas from at least 3 different sources. Textures of granodiorites and granites indicate a high content of crystals previous to the emplacement and consequently low emplacement temperatures. Field observations show that the mafic rocks are deformed, whereas the (younger) granodiorites and granites are not. It is still subject of investigation whether the deformation of the mafic rocks is related to regional deformation during a compressional regime or to the emplacement it self. However, the emplacement of huge amount of crystal rich felsic magmas suggests an extensional regime.Résumé Grand PublicPétrologie et Géochimie du Complexe Plutonique de Chaltén et les conséquences pour l'évolution magmatique et tectonique du Andes du Sud (Patagonia) pendant le MiocèneLe Complexe Plutonique de Chaltén (CHPC) est un massif montagneux situé à 49°S à la frontière entre le Chili et l'Argentine, en Patagonie (région la plus au sud de l'Amérique du Sud). Il est composé de montagnes qui peuvent atteindre plus de 3000 mètres d'altitude, telles que le Cerro Fitz Roy (3400m) et le Cerro Torre (3100m). Ces montagnes sont composées de roches plutoniques, c.-à-d. des magmas qui se sont refroidis et ont cristallisés sous la surface terrestre.La composition chimique de ces roches montre que les magmas, qui ont formé ce complexe plutonique, font partie d'un volcanisme d'arc. Celui-ci se forme lorsqu'une plaque océanique plonge sous une plaque continentale. Les géologues appellent ce processus « subduction ». Dans un tel scénario, le manteau terrestre, qui se fait prendre entre ces deux plaques, fond pour former ainsi du magma. Ce magma remonte à travers la plaque continentale vers la surface. Si celui-ci atteint la surface, il forme les roches volcaniques, comme par exemple des laves. S'il n'atteint pas la surface, le magma se refroidit pour former finalement les roches plutoniques.Le long de la marge ouest d'Amérique du Sud, la plaque Nazca - qui se situe au sud-est de la plaque océanique pacifique - passe en dessous de la plaque d'Amérique du Sud. La bordure ouest du sud de la plaque sud-américaine a également été affectée par d'autres processus tectoniques, tels que des changements dramatiques dans les déplacements de plaques (il y a 25Ma) et la collision de la ride du Chili (depuis 15 Ma jusqu'à aujourd'hui). Ces caractéristiques tectoniques et magmatiques font de cette région un haut lieu pour les géologues. La plaque Nazca, s'est formée suite à l'ouverture d'une plaque océanique plus ancienne, il y a 25Ma. Cette ouverture est liée aux vitesses de subduction les plus rapides jamais connues. La ride du Chili est l'endroit où le sol de l'Océan Pacifique s'ouvre, formant deux plaques océaniques : les plaques Nazca et Antarctique. La ride du Chili subducte sous la plaque sud-américaine depuis 15Ma, en association avec la formation de grands volumes de magma ainsi que des changements morphologiques importants. La question de savoir lequel de ces changements tectoniques globaux affecte la géologie et la géographie de Patagonie a été, et est encore, discutée pendant de nombreuses années. De nombreux chercheurs suggèrent que la plupart des caractéristiques morphologiques et magmatiques en Patagonie sont liés à la subduction de la ride du Chili, mais cette suggestion est encore débattue comme le montre notre étude.Le batholithe de Patagonie du sud (SPB) est un énorme massif composé de roches plutoniques et il s'étend tout au long de la côte ouest de Patagonie (au sud de 47°S). Ces roches correspondent certainement aux racines d'un ancien arc volcanique, qui a été soulevé et érodé. Le CHPC, ainsi que d'autres petites intrusions dans la région, se situe dans une position exotique, à 100km à l'est du SPB. Certains chercheurs suggèrent que ces intrusions pourraient être liées à la subduction de la ride du Chili.Afin de débattre de cette problématique, nous avons utilisé différentes méthodes géochronologiques pour déterminer l'âge du CHPC et le comparer (a) à l'âge des roches intrusives similaires du SPB et (b) à l'âge de la collision de la ride du Chili. Dans ce travail, nous prouvons que le CHPC s'est formé au moins 7Ma avant la collision avec la ride du Chili. Sur la base des âges du CHPC et de la composition chimique de ses roches et minéraux, nous proposons que le CHPC fait partie d'un arc volcanique ancien. La migration de l'arc volcanique plus profondément dans le continent résulte de la grande vitesse de subduction entre 25 et lOMa. Des caractéristiques évidentes pour un tel processus - telles qu'une déformation importante et une vitesse d'érosion élevée - peuvent être rencontrées tout au long de la bordure ouest de l'Amérique du sud.