Sediment penetration depths of epi- and infaunal ostracods from Lake Geneva (Switzerland)

Many (palaeo-)environmental parameters can be deduced from ecological and chemical analyses of ostracods. However, the specific ecology of each taxon has a great impact on its reaction to changing environmental conditions. As a consequence, each taxon records these changes differently. The mean penetration depth (MPD) and relative individual abundances have been documented along sediment depth profiles for the dominant sub-littoral to profundal species of ostracods in western Lake Geneva, Switzerland, and this data can be used to estimate their preferential habitat in terms of sediment depths. Isocypris beauchampi, Limnocytherina sanctipatricii, Cypria ophtalmica forma lacustris at 13-m water depths, Limnocythere inopinata, and a winter generation of Herpetocypris reptans have the shallowest habitat preferences at the study sites (MPDs of 0.45, 0.48, 0.49, 0.60, and 0.81 cm, respectively). These results suggest that these populations may be regarded as being preferentially epifaunal forms. Populations of Cytherissa lacustris (MPDs of 0.61, 0.73, and 0.82 cm at 13-, 33-, and 70-m water depths, respectively), Cypria ophtalmica forma lacustris at 70 m (MPD = 0.96 cm), Fabaeformiscandona caudata (MPD = 0.99 cm), and a summer generation of Herpetocypris reptans (MPD = 1.03 cm) were identified as being infaunal. Candona neglecta is the species that was found the deepest in the sediment of Lake Geneva, with MPDs of 0.65, 1.22, and 1.30 cm at 13-, 33-, and 70-m water depths, respectively. Information on the sediment texture and oxygen concentrations inferred from the analyses of sediment pore water suggest that the oxygen content of the sediment pore water is not the only dominant parameter controlling the differences in ostracod sediment penetration depths observed among the different sites, but that they might also be influenced by the sediment 'softness,' which itself depends on grain size, water content, and the abundance of organic matter in sediment.

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

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

Sedimentology, geochemistry and mineralogy of the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM) : sediment records from Egypt, India and Spain

A gradual increase in Earth's surface temperatures marking the transition from the late Paleocene to early Eocene (55.8±0.2Ma), represents an extraordinary warming event known as Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). Both marine and continental sedimentary records during this period reveal evidences for the massive injection of isotopically light carbon. The carbon dioxide injection from multiple potential sources may have triggered the global warming. The importance of the PETM studies is due to the fact that the PETM bears some striking resemblances to the human-caused climate change unfolding today. Most notably, the culprit behind it was a massive injection of heat-trapping greenhouse gases into the atmosphere and oceans, comparable in volume to what our persistent burning of fossil fuels could deliver in coming centuries. The exact knowledge of what went on during the PETM could help us to foresee the future climate change. The response of the oceanic and continental environments to the PETM is different. Many factors might control the response of the environments to the PETM such as paleogeography, paleotopography, paleoenvironment, and paleodepth. To better understand the mechanisms triggering PETM events, two different environments were studied: 1) shallow marine to inner shelf environment (Wadi Nukhul, Sinai; and the Dababiya GSSP, Luxor, Egypt), and 2) terrestrial environments (northwestern India lignite mines) representing wetland, and fluvial environments (Esplugafreda, Spain) both highlighting the climatic changes observed in continental conditions. In the marine realm, the PETM is characterized by negative ö13Ccar and ô13Corg excursions and shifts in Ô15N to ~0%o values above the P/E boundary and persisting along the interval suggesting a bloom and high production of atmospheric N2-fixers. Decrease in carbonate contents could be due to dissolution and/or dilution by increasing detrital input. High Ti, K and Zr and decreased Si contents at the P/E boundary indicate high weathering index (CIA), which coincides with significant kaolinite input and suggests intense chemical weathering under humid conditions at the beginning of the PETM. Two anoxic intervals are observed along the PETM. The lower one may be linked to methane released from the continental shelf with no change in the redox proxies, where the upper anoxic to euxinic conditions are revealed by increasing U, Mo, V, Fe and the presence of small size pyrite framboids (2-5fim). Productivity sensitive elements (Cu, Ni, and Cd) show their maximum concentrated within the upper anoxic interval suggesting high productivity in surface water. The obtained data highlight that intense weathering and subsequent nutrient inputs are crucial parameters in the chain of the PETM events, triggering productivity during the recovery phase. In the terrestrial environments, the establishment of wetland conditions and consequence continental climatic shift towards more humid conditions led to migration of modern mammals northward following the extension of the tropical belts. Relative ages of this mammal event based on bio-chemo- and paleomagnetic stratigraphy support a migration path originating from Asia into Europe and North America, followed by later migration from Asia into India and suggests a barrier to migration that is likely linked to the timing of the India-Asia collision. In contrast, at Esplugafereda, northeastern Spain, the terrestrial environment reacted differently. Two significant S13C shifts with the lower one linked to the PETM and the upper corresponding to the Early Eocene Thermal Maximum (ETM2); 180/160 paleothermometry performed on two different soil carbonate nodule reveal a temperature increase of around 8°C during the PETM. The prominent increase in kaolinite content within the PETM is linked to increased runoff and/or weathering of adjacent and coeval soils. These results demonstrate that the PETM coincides globally with extreme climatic fluctuations and that terrestrial environments are very likely to record such climatic changes. - La transition Paléocène-Eocène (55,8±0,2 Ma) est marquée par un réchauffement extraordinaire communément appelé « Paleocene-Eocene Thermal Maximum » (PETM). Les données géochimiques caractérisant les sédiments marins et continentaux de cette période indiquent que ce réchauffement a été déclenché par une augmentation massive de CO2 lié à la déstabilisation des hydrates de méthane stockés le long des marges océaniques. L'étude des événements PETM constitue donc un bon analogue avec le réchauffement actuel. Le volume de CO2 émis durant le PETM est comparable avec le CO2 lié à l'activité actuelle humaine. La compréhension des causes du réchauffement du PETM peut être cruciale pour prévoir et évaluer les conséquences du réchauffement anthropogénique, en particulier les répercussions d'un tel réchauffement sur les domaines continentaux et océaniques. De nombreux facteurs entrent en ligne de compte dans le cas du PETM, tels que la paléogéographie, la paléotopographie et les paléoenvironnement. Pour mieux comprendre les réponses environnementales aux événements du PETM, 2 types d'environnements ont été choisis : (1) le domaine marin ouvert mais relativement peu profond (Wadi Nukhul. Sinai, Dababiya, Luxor, Egypte), (2) le milieu continental marécageux humide (mines de lignite, Inde) et fluviatile, semi-aride (Esplugafreda, Pyrénées espagnoles). Dans le domaine marin, le PETM est caractérisé par des excursions négatives du ô13Ccar et ô13Corg et un shift persistant des valeurs de 815N à ~ 0 %o indiquant une forte activité des organismes (bactéries) fixant l'azote. La diminution des carbonates observée durant le PETM peut-être due à des phénomènes de dissolution ou une augmentation des apports terrigènes. Des taux élevés en Ti, K et Zr et une diminution des montants de Si, reflétés par des valeurs des indices d'altération (CIA) qui coïncident avec une augmentation significative des apports de kaolinite impliquent une altération chimique accrue, du fait de conditions plus humides au début du PETM. Deux événements anoxiques globaux ont été mis en évidence durant le PETM. Le premier, situé dans la partie inférieur du PETM, serait lié à la libération des hydrates de méthane stockés le long des talus continentaux et ne correspond pas à des variations significatives des éléments sensibles aux changements de conditions redox. Le second est caractérisé par une augmentation des éléments U, Mo, V et Fe et la présence de petit framboids de pyrite dont la taille varie entre 2 et 5pm. Le second épisode anoxique est caractérisé par une forte augmentation des éléments sensibles aux changements de la productivité (Cu, Ni et Co), indiquant une augmentation de la productivité dans les eaux de surface. Les données obtenues mettent en évidence le rôle crucial joué par l'altération et les apports en nutriments qui en découlent. Ces paramètres sont cruciaux pour la succession des événements qui ont conduit au PETM, et plus particulièrement l'augmentation de la productivité dans la phase de récupération. Durant le PETM, le milieu continental est caractérisé par l'établissement de conditions humides qui ont facilité voir provoqué la migration des mammifères modernes qui ont suivi le déplacement de ces ceintures climatiques. L'âge de cette migration est basé sur des arguments chimiostratigraphiques (isotopes stables), biostratigraphiques et paléomagnétiques. Les données bibliographiques ainsi que celles que nous avons récoltées en Inde, montrent que les mammifères modernes ont d'abord migré depuis l'Asie vers l'Europe, puis dans le continent Nord américain. Ces derniers ne sont arrivés en Inde que plus tardivement, suggérant que le temps de leur migration est lié à la collision Inde-Asie. Dans le Nord-Est de l'Espagne (Esplugafreda), la réponse du milieu continental aux événements PETM est assez différente. Comme en Inde, deux excursions signicatives en ô13C ont été observées. La première correspond au PETM et la seconde est corrélée avec l'optimum thermique de l'Eocène précoce (ETM2). Les isotopes stables de l'oxygène mesurés 2 différents types de nodules calcaires provenant de paléosols suggère une augmentation de 10°C pendant le PETM. Une augmentation simultanée des taux de kaolinite indique une intensification de l'altération chimique et/ou de l'érosion de sols adjacents. Ces résultats démontrent que le PETM coïncide globalement avec des variations climatiques extrêmes qui sont très aisément reconnaissables dans les dépôts continentaux.

Trace-element and phosphorus contents in sediment associated with Cretaceous oceanic anoxic events

ABSTRACT : During my SNSF-funded Ph.D. thesis project, I studied the evolution of redox conditions and organic-carbon preservation in the western Tethyan realm during three major positive excursions in the Cretaceous δ13C record, corresponding to the Valanginian, Early Aptian and Late Cenomanian. These periods were characterized by important global environmental and climate change, which was associated with perturbations in the carbon cycle. For the period of the Valanginian δ13C excursion, total organic carbon (TOC) contents and the quality of preserved organic matter are typical of oxic pelagic settings in the western Tethys. This is confirmed by the absence of major excursions in the stratigraphic distribution of RSTE during the δ13C shift. Published TOC data from other parts of the Valanginian oceans indicate that dys- to anaerobic zones were restricted to marginal seas within the Atlantic and Southern Ocean, and to the Pacific. Phosphorus (P) and mineralogical contents suggest a stepwise climatic evolution during the Valanginian, with a humid and warm climate prior to the δ13C shift leading to an increase in continental runoff. During the δ13C shift, a decrease in detrital input and P contents suggests a change in the climate towards more and conditions. During the early Aptian oceanic anoxic event (OAE 1a), a general increase followed by a rapid decrease in P contents suggests enhanced nutrient input at the beginning of OAE 1a. The return to lower values during OAE 1 a, associated with an increase in RSTE contents, may have been related to the weakened capacity to retain P in the sedimentary reservoir due to bottom-water oxygen depletion. In basinal settings, the RSTE distribution indicates well-developed anoxic conditions during OAE la, whereas in the shallower-water environments, conditions were oxic to suboxic, rather than anoxic. Furthermore, in the deeper part of the Tethys, two distinct enrichments have been observed, indicating fluctuations in the intensity of water column anoxia during the δ73C excursion. We also studied the effect of the end-Cenomanian oceanic anoxic event (OAE 2) on an expanded section in the Chrummflueschlucht (E of Euthal, Ct Switzerland). The goal here was to identify paleoceanographic and paleoenvironmental conditions during OAE 2 in this part of the northern Tethyan margin. The results show that this section is one of the most complete sections for the Cenomanian-Turonian boundary interval known from the Helvetic realm, despite a small hiatus between sediments corresponding to peaks 1 and 2 in the δ13C record. The evolution of P contents points to an increase in the input of this nutrient at the onset of OAE 2. The trends in RSTE contents show, however, that this part of the Helvetic realm was not affected by a strong depletion in oxygen conditions during OAE 2, despite its hemipelagic position. A further goal of this project was to submit the samples to a total extraction method (a combined HF/HNO3/HCI acid digestion) and compare the results obtained by the partial HNO3 acid extraction in order to standardize the analytical prócedures in the extraction of RSTE. The obtained results for samples of OAE 1 a suggest that RSTE trends using the partial HNO3 digestion are very comparable to those obtained by the total digestion method and subsequently normalized with regards to AI contents. RÉSUMÉ : Durant ce projet de thèse, financé par le Swiss National Science Funding (SNSF), j'ai étudié l'évolution des conditions redox et de la préservation de carbone organique dans le domnaine ouesttéthysien pendant trois excursions majeures du δ13C au Crétacé correspondant au Valanginien, à l'Aptien inférieur et à la limite Cénomanien-Turonien. Ces périodes sont caractérisées par des changements climatiques et environnementaux globaux associés à des perturbations dans le cylce du carbone. Pour L'excursion positive en δ13C du Valanginien, les analyses du carbone organique total (COT) et les observations palynologiques du domaine téthysien ont présenté des indications d'environnement pélagique relativementbienoxygéné. L'absence d'enrichissements en éléments traces sensibles aux conditions redox (TE) pendant l'excursion positive en δ13C confirme ces interprétations. Les données publiées de COT dans d'autres partie du globe indiquent cependant l'existence de conditions dys- à anaérobiques dans certains bassins restreints de l'Atlantique, l'Océan Austral et du Pacifique. L'évolution du phosphore (P) et la composition minéralogique des sédiments semblent indiquer un climat relativement chaud et humide avant l'excursion en δ13C entraînant une augmentation de l'altération continentale. Pendant le shift isotopique, une diminution des apports détritiques et du P suggèrent une transition vers des conditions plus arides. À l'Aptien Inférieur, le début de l'événement anoxique (OAE 1a) est marqué par une augmentation générale du P dans les sédiments indiquant une augmentation du niveau trophique à la base de l'excursion isotopique. Durant l'événement anoxique, les sédiments sont relativement appauvris en P. Cette diminution rapide associée à des enrichissements en TE est probablement liée à une remobilisation plus importante du P lors de la mise en place de conditions anoxiques dans les eaux de fond. Dans les environnements de bassin, le comportement des TE (enrichissements bien marqués) attestent de conditions réductrices bien marquées alors que dans les environnements moins profonds, les conditions semblent plutôt oxiques à dysoxiques. De plus, deux niveaux d'enrichissement en TE ont été observés dans la partie plus profonde de la Téthys, indiquant des fluctuations assez rapides dans l'intensité de l'anoxie de la colonne d'eau. Nous avons ensuite étudié les effets de l'événement anoxique de la fin du Cenomanien (OAE 2) dans un basin marginal de la marge nord de la Téthys avec la coupe de Chrummflueschlucht (à l'est de Euthal, Ct Schwyz). Les résultats ont montré que cette coupe présente un des enregistrements sédimentaires des plus complets de l'OAE 2 dans le domaine helvétique malgré un hiatus entre le pic 1 et 2 de l'excursion en δ13C. L'évolution du P montre une augmentation au début de l'OAE 2. Cependant, la distribution des TE indique que cette région n'a pas été affectée par des conditions réductrices trop importantes. Un second aspect de ce travail a été l'étude des différentes méthodes sur l'analyse de la distribution des TE. Des échantillons de l'OAE 1a ont été soumis à deux types d'extractions, l'une dite «totale » (attaque combinée d'acides HF/HNO3/HCI) et l'autre dite partielle » (HNO3). Les résultats obtenus suggèrent que les courbes de tendances des TE acquises par extraction partielle sont semblables à celle obtenues par extraction totale et normalisées par l'AI.

The Rapakivi texture of feldspars in a plutonic mixing environment - A dissolution-recrystallization process

A new hypothesis is formulated to explain the development of rapakivi texture in and around the mafic enclaves of porphyritic granitoids, i.e. in environments involving magma mixing and mingling. The formation of a plagioclase mantle around alkali feldspar megacrysts is attributed to the localized presence of a melt resulting from the reaction of these megacrysts, with host hybrid magma with which they are in disequilibrium. This feldspathic melt adheres to the resorbed crystals and is virtually immiscible with the surrounding magma. Its composition is modified in terms of the relative proportions of K2O, Na2O, and CaO through selective diffusion of these elements, thus allowing the specific crystallization of andesine. With decreasing temperature, the K-feldspar, again stable, crystallizes along with the plagioclase, leading to mixed mantle structures.

Lumbar spine texture enhances 10-year fracture probability assessment.

We found that lumbar spine texture analysis using trabecular bone score (TBS) is a risk factor for MOF and a risk factor for death in a retrospective cohort study from a large clinical registry for the province of Manitoba, Canada. INTRODUCTION: FRAX® estimates the 10-year probability of major osteoporotic fracture (MOF) using clinical risk factors and femoral neck bone mineral density (BMD). Trabecular bone score (TBS), derived from texture in the spine dual X-ray absorptiometry (DXA) image, is related to bone microarchitecture and fracture risk independently of BMD. Our objective was to determine whether TBS provides information on MOF probability beyond that provided by the FRAX variables. METHODS: We included 33,352 women aged 40-100 years (mean 63 years) with baseline DXA measurements of lumbar spine TBS and femoral neck BMD. The association between TBS, the FRAX variables, and the risk of MOF or death was examined using an extension of the Poisson regression model. RESULTS: During the mean of 4.7 years, 1,754 women died and 1,872 sustained one or more MOF. For each standard deviation reduction in TBS, there was a 36 % increase in MOF risk (HR 1.36, 95 % CI 1.30-1.42, p < 0.001) and a 32 % increase in death (HR 1.32, 95 % CI 1.26-1.39, p < 0.001). When adjusted for significant clinical risk factors and femoral neck BMD, lumbar spine TBS was still a significant predictor of MOF (HR 1.18, 95 % CI 1.12-1.23) and death (HR 1.20, 95 % CI 1.14-1.26). Models for estimating MOF probability, accounting for competing mortality, showed that low TBS (10th percentile) increased risk by 1.5-1.6-fold compared with high TBS (90th percentile) across a broad range of ages and femoral neck T-scores. CONCLUSIONS: Lumbar spine TBS is able to predict incident MOF independent of FRAX clinical risk factors and femoral neck BMD even after accounting for the increased death hazard.

Little ice age advance and retreat sediment budgets for an outlet glacier in western Norway

Bødalsbreen is an outlet glacier of the Jostedalsbreen Ice Field in western Norway. Nine moraine ridges formed during and after the maximum extent of the Little Ice Age (LIA). The stratigraphy of proglacial sediments in the Bødalen basin inside the LIA moraines is examined, and corresponding sediment volumes are calculated based on georadar surveys and seismic profiling. The total erosion rates (etot) by the glacier are determined for the periods AD 1650?1930 and AD 1930?2005 as 0.8 ± 0.4 mm/yr and 0.7 ± 0.3 mm/yr, respectively. These rates are based on the total amount of sediment delivered to the glacier margin. The values are almost one order of magnitude higher than total erosion rates previously calculated for Norwegian glaciers. This is explained by the large amount of pre-existing sediment that was recycled by Bødalsbreen. Thus, the total erosion rate must be considered as a composite of eroded bedrock and of removed pre-existing sediments. The total erosion rate is likely to vary with time owing to a decreasing volume of easily erodible, unconsolidated sediment and till under the glacier. A slight increase in the subglacial bedrock erosion is expected owing to the gradually increasing bedrock surface area exposed to subglacial erosion.

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

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

Trabecular bone score (TBS) the new parameter of 2D texture analysis for the evaluation of 3D bone micro architecture status

X-ray is a technology that is used for numerous applications in the medical field. The process of X-ray projection gives a 2-dimension (2D) grey-level texture from a 3- dimension (3D) object. Until now no clear demonstration or correlation has positioned the 2D texture analysis as a valid indirect evaluation of the 3D microarchitecture. TBS is a new texture parameter based on the measure of the experimental variogram. TBS evaluates the variation between 2D image grey-levels. The aim of this study was to evaluate existing correlations between 3D bone microarchitecture parameters - evaluated from μCT reconstructions - and the TBS value, calculated on 2D projected images. 30 dried human cadaveric vertebrae were acquired on a micro-scanner (eXplorer Locus, GE) at isotropic resolution of 93 μm. 3D vertebral body models were used. The following 3D microarchitecture parameters were used: Bone volume fraction (BV/TV), Trabecular thickness (TbTh), trabecular space (TbSp), trabecular number (TbN) and connectivity density (ConnD). 3D/2D projections has been done by taking into account the Beer-Lambert Law at X-ray energy of 50, 100, 150 KeV. TBS was assessed on 2D projected images. Correlations between TBS and the 3D microarchitecture parameters were evaluated using a linear regression analysis. Paired T-test is used to assess the X-ray energy effects on TBS. Multiple linear regressions (backward) were used to evaluate relationships between TBS and 3D microarchitecture parameters using a bootstrap process. BV/TV of the sample ranged from 18.5 to 37.6% with an average value at 28.8%. Correlations' analysis showedthat TBSwere strongly correlatedwith ConnD(0.856≤r≤0.862; p<0.001),with TbN (0.805≤r≤0.810; p<0.001) and negatively with TbSp (−0.714≤r≤−0.726; p<0.001), regardless X-ray energy. Results show that lower TBS values are related to "degraded" microarchitecture, with low ConnD, low TbN and a high TbSp. The opposite is also true. X-ray energy has no effect onTBS neither on the correlations betweenTBS and the 3Dmicroarchitecture parameters. In this study, we demonstrated that TBS was significantly correlated with 3D microarchitecture parameters ConnD and TbN, and negatively with TbSp, no matter what X-ray energy has been used. This article is part of a Special Issue entitled ECTS 2011. Disclosure of interest: None declared.

Fracture Discrimination by Combined Bone Mineral Density (BMD) and Microarchitectural Texture Analysis.

The use of bone mineral density (BMD) for fracture discrimination may be improved by considering bone microarchitecture. Texture parameters such as trabecular bone score (TBS) or mean Hurst parameter (H) could help to find women who are at high risk of fracture in the non-osteoporotic group. The purpose of this study was to combine BMD and microarchitectural texture parameters (spine TBS and calcaneus H) for the detection of osteoporotic fractures. Two hundred and fifty five women had a lumbar spine (LS), total hip (TH), and femoral neck (FN) DXA. Additionally, texture analyses were performed with TBS on spine DXA and with H on calcaneus radiographs. Seventy-nine women had prevalent fragility fractures. The association with fracture was evaluated by multivariate logistic regressions. The diagnostic value of each parameter alone and together was evaluated by odds ratios (OR). The area under curve (AUC) of the receiver operating characteristics (ROC) were assessed in models including BMD, H, and TBS. Women were also classified above and under the lowest tertile of H or TBS according to their BMD status. Women with prevalent fracture were older and had lower TBS, H, LS-BMD, and TH-BMD than women without fracture. Age-adjusted ORs were 1.66, 1.70, and 1.93 for LS, FN, and TH-BMD, respectively. Both TBS and H remained significantly associated with fracture after adjustment for age and TH-BMD: OR 2.07 [1.43; 3.05] and 1.47 [1.04; 2.11], respectively. The addition of texture parameters in the multivariate models didn't show a significant improvement of the ROC-AUC. However, women with normal or osteopenic BMD in the lowest range of TBS or H had significantly more fractures than women above the TBS or the H threshold. We have shown the potential interest of texture parameters such as TBS and H in addition to BMD to discriminate patients with or without osteoporotic fractures. However, their clinical added values should be evaluated relative to other risk factors.

Origin of mineralizing fluids of the sediment-hosted Navachab gold mine, Namibia: Constraints from stable (O, H, C, S) isotopes

The Navachab gold mine in the Damara belt of central Namibia is characterized by a polymetallic Au-Bi-As-Cu-Ag ore assemblage, including pyrrhotite, chalcopyrite, sphalerite, arsenopyrite, bismuth, gold, bismuthinite, and bismuth tellurides. Gold is hosted by quartz sulfide veins and semimassive sulfide lenses that are developed in a near-vertical sequence of shelf-type metasedimentary rocks, including marble, calcsilicate rock, and biotite schist. The sequence has been intruded by abundant syntectonic lamprophyre, aplite, and pegmatite dikes, documenting widespread igneous activity coeval with mineralization. The majority of quartz from the veins has delta(18)O values of 14 to 15 per mil (V-SMOW). The total variations in delta(18)O values of the biotite schist and calcsilicate rock are relatively small (12-14 parts per thousand), whereas the marble records steep gradients in delta(18)O values (17-21 parts per thousand), the lowest values being recorded at the vein margins. Despite this, there is no correlation between delta(18)O and delta(13)C values and the carbonate content of the rocks, indicating that fluid-rock interaction alone cannot explain the isotopic gradients. In addition, the marble records increased delta(13)C values at the contact to the veins, possibly related to a change in the physicochemical conditions during fluid-rock interaction. Gold is interpreted to have precipitated in equilibrium with metamorphic find (delta(18)O 12-14 parts per thousand; delta D = -40 to -60 parts per thousand) at peak metamorphic conditions of ca. 550 degrees C and 2 kbars, consistent with isotopic fractionations between coexisting calcite, garnet, and clinopyroxene in the alteration halos. The most likely source of the mineralizing fluid was a midcrustal fluid in equilibrium with the Damaran metapelites that underwent prograde metamorphism at amphibolite- to granulite-facies grades. Although there is no isotopic evidence for the contribution of magmatic fluids, they may have been important in contributing to the overall hydraulic regime and high apparent geothermal gradients (ca. 80 degrees C/km(-1)) in the mine area.

Spine Bone Texture Assessed by Trabecular Bone Score (TBS) to Evaluate Bone Health in Thalassemia Major.

Due to the increasing survival of thalassemic patients, osteopathy is a mounting clinical problem. Low bone mass alone cannot account for the high fracture risk described; impaired bone quality has been speculated but so far it cannot be demonstrated noninvasively. We studied bone quality in thalassemia major using trabecular bone score (TBS), a novel texture measurement extracted from spine dual-energy X-ray absorptiometry (DXA), proposed in postmenopausal and secondary osteoporosis as an indirect index of microarchitecture. TBS was evaluated in 124 adult thalassemics (age range 19-56 years), followed-up with optimal transfusional and therapeutical regimens, and in 65 non-thalassemic patients (22-52 years) undergoing DXA for different bone diseases. TBS was lower in thalassemic patients (1.04 ± 0.12 [range 0.80-1.30]) versus controls (1.34 ± 0.11 [1.06-1.52]) (p < 0.001), and correlated with BMD. TBS and BMD values correlated with age, indicating that thalassemia negatively affects both bone quality and quantity, especially as the patient gets older. TBS was 1.02 ± 0.11 [0.80-1.28] in the osteoporotic thalassemic patients, 1.08 ± 0.12 [0.82-1.30] in the osteopenic ones and 1.15 ± 0.10 [0.96-1.26] in those with normal BMD. No gender differences were found (males: 1.02 ± 0.13 [0.80-1.30], females 1.05 ± 0.11 [0.80-1.30]), nor between patients with and without endocrine-metabolic disorders affecting bone metabolism. Our findings from a large population with thalassemia major show that TBS is a valuable tool to assess noninvasively bone quality, and it may be related to fragility fracture risk in thalassemic osteopathy.