Contribution to the geology of Thailand and implications for the geodynamic evolution of Southeast Asia

Abstract The purpose of this study is to unravel the geodynamic evolution of Thailand and, from that, to extend the interpretation to the rest of Southeast Asia. The methodology was based in a first time on fieldwork in Northern Thailand and Southernmost Myanmar, using a multidisciplinary approach, and then on the compilation and re-interpretation, in a plate tectonics point of view, of existing data about the whole Southeast Asia. The main results concern the Nan-Uttaradit suture, the Chiang Mai Volcanic Belt and the proposition of a new location for the Palaeotethys suture. This led to the establishment of a new plate tectonic model for the geodynamic evolution of Southeast Asia, implying the existence new terranes (Orang Laut and the redefinition of Shan-Thai) and the role of the Palaeopacific Ocean in the tectonic development of the area. The model proposed here considers the Palaeotethys suture as located along the Tertiary Mae Yuam Fault, which represents the divide between the Cimmerian Sibumasu terrane and the Indochina-derived Shan-Thai block. The term Shan-Thai, previously used to define the Cimmerian area (when the Palaeotethys suture was thought to represented by the Nan-Uttaradit suture), was redefined here by keeping its geographical location within the Shan States of Myanmar and Central-Northern Thailand, but attributing it an East Asian Origin. Its detachment from Indochina was the result of the Early Permian opening of the Nan basin. The Nan basin closed during the Middle Triassic, before the deposition of Carnian-Norian molasse. The modalities of the closure of the basin imply a first phase of Middle Permian obduction, followed by final eastwards subduction. The Chiang Mai Volcanic Belt consists of scattered basaltic rocks erupted at least during the Viséan in an extensional continental intraplate setting, on the Shan-Thai part of the Indochina block. The Viséan age was established by the dating of limestone stratigraphically overlying the basalts. In several localities of the East Asian Continent, coeval extensional features occur, possibly implying one or more Early Carboniferous extensional events at a regional scale. These events occurred either due to the presence of a mantle plume or to the roll-back of the Palaeopacific Ocean, subducting beneath Indochina and South China, or both. The Palaeopacific Ocean is responsible, during the Early Permian, for the opening of the Song Ma and Poko back-arcs (Vietnam) with the consequent detachment of the Orang Laut Terranes (Eastern Vietnam, West Sumatra, Kalimantan, Palawan, Taiwan). The Late Triassic/Early Jurassic closure of the Eastern Palaeotethys is considered as having taken place by subduction beneath its southern margin (Gondwana), due to the absence of Late Palaeozoic arc magmatism on its northern (Indochinese) margin and the presence of volcanism on the Cimmerian blocks (Mergui, Lhasa). Résumé Le but de cette étude est d'éclaircir l'évolution géodynamique de la Thaïlande et, à partir de cela, d'étendre l'interprétation au reste de l'Asie du Sud-Est. La méthodologie utilisée est basée dans un premier temps sur du travail de terrain en Thaïlande du nord et dans l'extrême sud du Myanmar, en se basant sur une approche pluridisciplinaire. Dans un deuxième temps, la compilation et la réinterprétation de données préexistantes sur l'Asie du Sud-est la été faite, dans une optique basée sur la tectonique des plaques. Les principaux résultats de ce travail concernent la suture de Nan-Uttaradit, la « Chiang Mai Volcanic Belt» et la proposition d'une nouvelle localité pour la suture de la Paléotethys. Ceci a conduit à l'établissement d'un nouveau modèle pour l'évolution géodynamique de l'Asie du Sud-est, impliquant l'existence de nouveaux terranes (Orang Laut et Shan-Thai redéfini) et le rôle joué par le Paléopacifique dans le développement tectonique de la région. Le modèle présenté ici considère que la suture de la Paléotethys est située le long de la faille Tertiaire de Mae Yuam, qui représente la séparation entre le terrain Cimmérien de Sibumasu et le bloc de Shan-Thai, d'origine Indochinoise. Le terme Shan-Thai, anciennement utilise pour définir le bloc Cimmérien (quand la suture de la Paléotethys était considérée être représentée par la suture de Nan-Uttaradit), a été redéfini ici en maintenant sa localisation géographique dans les états Shan du Myanmar et la Thaïlande nord-centrale, mais en lui attribuant une origine Est Asiatique. Son détachement de l'Indochine est le résultat de l'ouverture du basin de Nan au Permien Inférieur. Le basin de Nan s'est fermé pendant le Trias Moyen, avant le dépôt de molasse Carnienne-Norienne. Les modalités de fermeture du basin invoquent une première phase d'obduction au Permien Moyen, suivie par une subduction finale vers l'est. La "Chiang Mai Volcanic Belt" consiste en des basaltes éparpillés qui ont mis en place au moins pendant le Viséen dans un contexte extensif intraplaque continental sur la partie de l'Indochine correspondant au bloc de Shan-Thai. L'âge Viséen a été établi sur la base de la datation de calcaires qui surmontent stratigraphiquement les basaltes. Dans plusieurs localités du continent Est Asiatique, des preuves d'extension plus ou moins contemporaines ont été retrouvées, ce qui implique l'existence d'une ou plusieurs phases d'extension au Carbonifère Inférieur a une échelle régionale. Ces événements sont attribués soit à la présence d'un plume mantellique, ou au rollback du Paléopacifique, qui subductait sous l'Indochine et la Chine Sud, soit les deux. Pendant le Permien inférieur, le Paléopacifique est responsable pour l'ouverture des basins d'arrière arc de Song Ma et Poko (Vietnam), induisant le détachement des Orang Laut Terranes (Est Vietnam, Ouest Sumatra, Kalimantan, Palawan, Taiwan). La fermeture de la Paléotethys Orientale au Trias Supérieur/Jurassique Inférieur est considérée avoir eu lieu par subduction sous sa marge méridionale (Gondwana), à cause de l'absence de magmatisme d'arc sur sa marge nord (Indochinoise) et de la présence de volcanisme sur les blocs Cimmériens de Lhassa et Sibumasu (Mergui). Résumé large public L'histoire géologique de l'Asie du Sud-est depuis environ 430 millions d'années a été déterminée par les collisions successives de plusieurs continents les uns avec les autres. Il y a environ 430 millions d'années, au Silurien, un grand continent appelé Gondwana, a commencé à se «déchirer» sous l'effet des contraintes tectoniques qui le tiraient. Cette extension a provoqué la rupture du continent et l'ouverture d'un grand océan, appelé Paléotethys, éloignant les deux parties désormais séparées. C'est ainsi que le continent Est Asiatique, composé d'une partie de la Chine actuelle, de la Thaïlande, du Myanmar, de Sumatra, du Vietnam et de Bornéo a été entraîné avec le bord (marge) nord de la Paléotethys, qui s'ouvrait petit à petit. Durant le Carbonifère Supérieur, il y a environ 300 millions d'années, le sud du Gondwana subissait une glaciation, comme en témoigne le dépôt de sédiments glaciaires dans les couches de cet âge. Au même moment le continent Est Asiatique se trouvait à des latitudes tropicales ou équatoriales, ce qui permettait le dépôt de calcaires contenant différents fossiles de foraminifères d'eau chaude et de coraux. Durant le Permien Inférieur, il y a environ 295 millions d'années, la Paléotethys Orientale, qui était un relativement vieil océan avec une croûte froide et lourde, se refermait. La croûte océanique a commencé à s'enfoncer, au sud, sous le Gondwana. C'est ce que l'on appelle la subduction. Ainsi, le Gondwana s'est retrouvé en position de plaque supérieure, par rapport à la Paléotethys qui, elle, était en plaque inférieure. La plaque inférieure en subductant a commencé à reculer. Comme elle ne pouvait pas se désolidariser de la plaque supérieure, en reculant elle l'a tirée. C'est le phénomène du «roll-back ». Cette traction a eu pour effet de déchirer une nouvelle fois le Gondwana, ce qui a résulté en la création d'un nouvel Océan, la Neotethys. Cet Océan en s'ouvrant a déplacé une longue bande continentale que l'on appelle les blocs Cimmériens. La Paléotethys était donc en train de se fermer, la Neotethys de s'ouvrir, et entre deux les blocs Cimmériens se rapprochaient du Continent Est Asiatique. Pendant ce temps, le continent Est Asiatique était aussi soumis à des tensions tectoniques. L'Océan Paléopacifique, à l'est de celui-ci, était aussi en train de subducter. Cette subduction, par roll-back, a déchiré le continent en détachant une ligne de microcontinents appelés ici « Orang Laut Terranes », séparés du continent par deux océans d'arrière arc : Song Ma et Poko. Ceux-ci sont composés de Taiwan, Palawan, Bornéo ouest, Vietnam oriental, et la partie occidentale de Sumatra. Un autre Océan s'est ouvert pratiquement au même moment dans le continent Est Asiatique : l'Océan de Nan qui, en s'ouvrant, a détaché un microcontinent appelé Shan-Thai. La fermeture de l'Océan de Nan, il y a environ 230 millions d'années a resolidarisé Shan-Thai et le continent Est Asiatique et la trace de cet événement est aujourd'hui enregistrée dans la suture (la cicatrice de l'Océan) de Nan-Uttaradit. La cause de l'ouverture de l'Océan de Nan peut soit être due à la subduction du Paléopacifique, soit aux fait que la subduction de la Paléotethys tirait le continent Est Asiatique par le phénomène du « slab-pull », soit aux deux. La subduction du Paléopacifique avait déjà crée de l'extension dans le continent Est Asiatique durant le Carbonifère Inférieur (il y a environ 340-350 millions d'années) en créant des bassins et du volcanisme, aujourd'hui enregistré en différents endroits du continent, dont la ceinture volcanique de Chiang Mai, étudiée ici. A la fin du Trias, la Paléotethys se refermait complètement, et le bloc Cimmérien de Sibumasu entrait en collision avec le continent Est Asiatique. Comme c'est souvent le cas avec les grands océans, il n'y a pas de suture proprement dite, avec des fragments de croûte océanique, pour témoigner de cet évènement. Celui-ci est visible grâce à la différence entre les sédiments du Carbonifère Supérieur et du Permieñ Inférieur de chaque domaine : dans le domaine Cimmérien ils sont de type glaciaire alors que dans le continent Est Asiatique ils témoignent d'un climat tropical. Les océans de Song Ma et Poko se sont aussi refermés au Trias, mais eux ont laissé des sutures visibles

Siliceous deep-sea sponge Monorhaphis chuni: A potential paleoclimate archive in ancient animals

The deep-sea sponge Monorhaphis chuni forms giant basal spicules, which can reach lengths of 3 m; they represent the largest biogenic silica structures on Earth that is formed from an individual metazoan. The spicules offer a unique opportunity to record environmental change of past oceanic and climatic conditions. A giant spicule collected in the East China Sea in a depth of 1110 m was investigated. The oxygen isotopic composition and Mg/Ca ratios determined along center-to-surface segments are used as geochemical proxies for the assessment of seawater paleotemperatures. Calculations are based on the assumption that the calculated temperature near the surface of the spicule is identical with the average ambient temperature of 4 degrees C. A seawater temperature of 1.9 degrees C is inferred for the beginning of the lifespan of the Monorhaphis specimen. The temperature increases smoothly to 2.3 degrees C, to be followed by sharply increased and variable temperatures up to 6-10 degrees C. In the outer part of the spicule, the inferred seawater temperature is about 4 degrees C. The lifespan of the spicule can be estimated to 11,000 +/- 3000 years using the long-term trend of the inferred temperatures fitted to the seawater temperature age relationships since the Last Glacial Maximum. Specimens of Monorhaphis therefore represents one the oldest living animals on Earth. The remarkable temperature spikes of the ambient seawater occurring 9500-3100 years B.P. are explained by discharges of hydrothermal fluids in the neighborhood of the spicule. The irregular lamellar organization of the spicule and the elevated Mn concentrations during the high-temperature growth are consistent with a hydrothermal fluid input. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Decoupled post-glacial history in mutualistic plant-insect interactions: insights from the yellow loosestrife (Lysimachia vulgaris) and its associated oil-collecting bees (Macropis europaea and M-fulvipes)

AimWe take a comparative phylogeographical approach to assess whether three species involved in a specialized oil-rewarding pollination system (i.e. Lysimachia vulgaris and two oil-collecting bees within the genus Macropis) show congruent phylogeographical trajectories during post-glacial colonization processes. Our working hypothesis is that within specialized mutualistic interactions, where each species relies on the co-occurrence of the other for survival and/or reproduction, partners are expected to show congruent evolutionary trajectories, because they are likely to have followed parallel migration routes and to have shared glacial refugia. LocationWestern Palaearctic. MethodsOur analysis relies on the extensive sampling of 104 Western Palaearctic populations (totalling 434, 159 and 74 specimens of Lysimachiavulgaris, Macropiseuropaea and Macropisfulvipes, respectively), genotyped with amplified fragment length polymorphism. Based on this, we evaluated the regional genetic diversity (Shannon diversity and allele rarity index) and genetic structure (assessed using structure, population networks, isolation-by-distance and spatial autocorrelation metrics) of each species. Finally, we compared the general phylogeographical patterns obtained. ResultsContrary to our expectations, the analyses revealed phylogeographical signals suggesting that the investigated organisms demonstrate independent post-glacial trajectories as well as distinct contemporaneous demographic parameters, despite their mutualistic interaction. Main conclusionsThe mutualistic partners investigated here are likely to be experiencing distinct and independent evolutionary dynamics because of their contrasting life-history traits (e.g. dispersal abilities), as well as distinct hubs and migration routes. Such conditions would prevent and/or erase any signature of co-structuring of lineages in space and time. As a result, the lack of phylogeographical congruence driven by differences in life-history traits might have arisen irrespective of the three species having shared similar Pleistocene glacial refugia.

Weathering and the mobility of phosphorus in the catchments and forefields of the Rhone and Oberaar glaciers, central Switzerland: Implications for the global phosphorus cycle on glacial-interglacial timescales

In this study we evaluate the dynamics of the biophile element phosphorus (P) in the catchment and proglacial areas of the Rhone and Oberaar glaciers (central Switzerland). We analysed erosion and dissolution rates of P-containing minerals in the subglacial environment by sampling water and suspended sediment in glacier outlets during three ablation and two accumulation seasons. We also quantified biogeochemical weathering rates of detrital P in proglacial sedimentary deposits using two chronosequences of samples of fresh, suspended, material obtained from the Oberaar and Rhone water outlets, Little-Ice-Age (LIA) moraines and Younger Dryas (YD) tills in each catchment. Subglacial P weathering is mainly a physical process and detrital P represents more than 99%, of the precipitation-corrected total P denudation flux (234 and 540 kg km(-2) yr(-1) for the Rhone and Oberaar catchments, respectively). The calculated detrital P flux rates are three to almost five times higher than the world average flux. The precipitation-corrected soluble reactive P (SRP) flux corresponds to 1.88-1.99 kg km(-2) yr(-1) (Rhone) and 2.12-2.44 kg km(-2) yr(-1) (Oberaar), respectively. These fluxes are comparable to those of tropical rivers draining transport-limited, tectonically inactive weathering areas. In order to evaluate the efficiency of detrital P weathering in the Rhone and Oberaar proglacial areas, we systematically graded apatite grains extracted from the chronosequence in each catchment relative to weathering-induced changes in their surface morphologies (grades 1-4). Fresh apatite grains are heavily indented and dissolution rounded (grade 1). LIA grains from two 0-10 cm deep moraine samples show extensive dissolution etching, similar to surface grains from the YD profile (mean grades 2.7, 3.5 and 3.5, respectively). In these proglacial deposits, the weathering front deepens progressively as a function of time due to biocorrosion in the evolving acidic pedosphere, with mechanical indentations on grains acting as sites of preferential dissolution. We also measured iron-bound, organic and detrital P concentrations in the chronosequence and show that organic and iron-bound P has almost completely replaced detrital P in the top layers of the YD profiles. Detrital P weathering rates are calculated as 3 10 and 280 kg km(-2) yr(-1) for LIA moraines and 10 kg km(-2) yr(-1) for YD tills. During the first 300 years of glacial sediment exposure P dissolution rates are shown to be approximately 70 times higher than the mean global dissolved P flux from ice-free continents. After 11.6 kyr the flux is 2.5 times the global mean. These data strengthen the argument for substantial changes in the global dissolved P flux on glacial-interglacial timescales. A crude extrapolation from the data described here suggests that the global dissolved P flux may increase by 40-45% during the first few hundred years of a deglaciation phase

Combining palaeodistribution modelling and phylogeographical approaches for identifying glacial refugia in Alpine Primula

Aim We investigated the late Quaternary history of two closely related and partly sympatric species of Primula from the south-western European Alps, P. latifolia Lapeyr. and P. marginata Curtis, by combining phylogeographical and palaeodistribution modelling approaches. In particular, we were interested in whether the two approaches were congruent and identified the same glacial refugia. Location South-western European Alps. Methods For the phylogeographical analysis we included 353 individuals from 28 populations of P. marginata and 172 individuals from 15 populations of P. latifolia and used amplified fragment length polymorphisms (AFLPs). For palaeodistribution modelling, species distribution models (SDMs) were based on extant species occurrences and then projected to climate models (CCSM, MIROC) of the Last Glacial Maximum (LGM), approximately 21 ka. Results The locations of the modelled LGM refugia were confirmed by various indices of genetic variation. The refugia of the two species were largely geographically isolated, overlapping only 6% to 11% of the species' total LGM distribution. This overlap decreased when the position of the glacial ice sheet and the differential elevational and edaphic distributions of the two species were considered. Main conclusions The combination of phylogeography and palaeodistribution modelling proved useful in locating putative glacial refugia of two alpine species of Primula. The phylogeographical data allowed us to identify those parts of the modelled LGM refugial area that were likely source areas for recolonization. The use of SDMs predicted LGM refugial areas substantially larger and geographically more divergent than could have been predicted by phylogeographical data alone

Geology and correlation of the Mersin mélanges, southern Turkey

Our paper aims to give a thorough description of the infra-ophiolitic melanges associated with the Mersin ophiolite. We propose new regional correlations of the Mersin melanges with other melange-like units or similar series, located both in southern Turkey and adjacent regions. The palaeotectonic implications of the correlations are also discussed. The main results may be summarized as follows: the infra-ophiolitic melange is subdivided into two units, the Upper Cretaceous Sorgun ophiolitic melange and the Ladinian-Carnian Hacialani melange. The Mersin melanges, together with the Antalya and Mamonia domains, are represented by a series of exotic units now found south of the main Taurus range, and are characteristic of the South-Taurides Exotic Units. These melanges clearly show the mixed origin of the different blocks and broken formations. Some components have a Palaeotethyan origin and are characterized by Pennsylvanian and Lower to Middle Permian pelagic and slope deposits. These Palaeotethyan remnants, found exclusively in the Hacialani melange, were reworked as major olistostromes in the Neotethys basin during the Eo-Cimmerian orogenic event. Neotethyan elements are represented by Middle Triassic seamounts and by broken formations containing typical Neotethyan conodont faunas such as Metapolygnathus mersinensis Kozur & Moix and M. primitius s. s., both present in the latest Carnian interval, as well as the occurrence of the middle Norian Epigondolella praeslovakensis Kozur, Masset & Moix. Other elements are clearly derived from the former north Anatolian passive margin and are represented by Huglu-type series including the Upper Triassic syn-rift volcanic event. These sequences attributed to the Huglu-Pindos back-arc ocean were displaced southward during the Late Cretaceous obduction event. The Tauric elements are represented by Eo-Cimmerian flysch-like and molasse sequences intercalated in Neotethyan series. Additionally, some shallow-water blocks might be derived from the Bolkardag para-autochthonous and the Taurus-Beydaglari marginal sequences.

Multiscale phylogeography: glacial history and autopolyploidy of Biscutella laevigata L. (Brassicaceae) in the Western Alps

Résumé Les changements climatiques du Quaternaire ont eu une influence majeure sur la distribution et l'évolution des biota septentrionaux. Les Alpes offrent un cadre spatio-temporel bien étudié pour comprendre la réactivité de la flore et le potentiel d'adaptation d'une espèce végétale face aux changements climatiques. Certaines hypothèses postulent une diversification des espèces en raison de la disparition complète de la flore des Alpes et d'un isolement important des espèces dans des refuges méridionaux durant les dernières glaciations (Tabula Rasa). Une autre hypothèse stipule le maintien de poches de résistance pour la végétation au coeur des Alpes (Nunataks). Comme de nombreuses espèces végétales présentant un grand succès écologique semblent avoir réagi aux glaciations par la multiplication de leur génome (autopolyploïdie), leur étude en milieu naturel devrait permettre de comprendre les avantages inhérents à la polyploïdie. Biscutella laevigata est un modèle emblématique de biogéographie historique, diverses études ayant montré que des populations diploïdes sont actuellement isolées dans les zones restées déglacées durant le dernier maximum glaciaire, alors que des tétraploïdes ont recolonisé l'ensemble des zones alpines mises à nu par le retrait des glaciers. Si le contexte périglaciaire semble avoir favorisé ce jeune complexe autopolyploïde, les circonstances et les avantages de cette mutation génomique ne sont pas encore clairs. Y a-t-il eu de multiples événements de polyploïdisation ? Dans quelle mesure affecte(nt)il(s) la diversité génétique et le potentiel évolutif des polyploïdes ? Les polyploïdes ont-ils une grande flexibilité génomique, favorisant une radiation adaptative, ou doivent-ils leur succès à une grande plasticité écologique ? Cette étude aborde ces questions à différentes échelles spatiales et temporelles. L'échelle régionale des Alpes occidentales permet d'aborder les facteurs distaux (aspects historiques), alors que l'échelle locale cherche à appréhender les facteurs proximaux (mécanismes évolutifs). Dans les Alpes occidentales, des populations ont été densément échantillonnées et étudiées grâce à (1) leur cytotype, (2) leur appartenance taxonomique, (3) leur habitat et (4) des marqueurs moléculaires de l'ADN chloroplastique, en vue d'établir leurs affinités évolutives. Á l'échelle locale, deux systèmes de population ont été étudiés : l'un où les populations persistent en périphérie de l'aire de distribution et l'autre au niveau du front actif de colonisation, en marge altitudinale. Les résultats à l'échelle des Alpes occidentales révèlent les sites d'intérêt (refuges glaciaires, principales barrières et voies de recolonisation) pour une espèce représentative des pelouses alpines, ainsi que pour la biodiversité régionale. Les Préalpes ont joué un rôle important dans le maintien de populations à proximité immédiate des Alpes centrales et dans l'évolution du taxon, voire de la végétation. Il est aussi démontré que l'époque glaciaire a favorisé l'autopolyploïdie polytopique et la recolonisation des Alpes occidentales par des lignées distinctes qui s'hybrident au centre des Alpes, influençant fortement leur diversité génétique et leur potentiel évolutif. L'analyse de populations locales en situations contrastées à l'aide de marqueurs AFLP montre qu'au sein d'une lignée présentant une grande expansion, la diversité génétique est façonnée par des forces évolutives différentes selon le contexte écologique et historique. Les populations persistant présentent une dispersion des gènes restreinte, engendrant une diversité génétique assez faible, mais semblent adaptées aux conditions locales de l'environnement. À l'inverse, les populations colonisant la marge altitudinale sont influencées par les effets de fondation conjugués à une importante dispersion des gènes et, si ces processus impliquent une grande diversité génétique, ils engendrent une répartition aléatoire des génotypes dans l'environnement. Les autopolyploïdes apparaissent ainsi comme capables de persister face aux changements climatiques grâce à certaines facultés d'adaptation locale et de grandes capacités à maintenir une importante diversité génétique lors de la recolonisation post-glaciaire. Summary The extreme climate changes of the Quaternary have had a major influence on species distribution and evolution. The European Alps offer a great framework to investigate flora reactivity and the adaptive potential of species under changing climate. Some hypotheses postulate diversification due to vegetation removal and important isolation in southern refugia (Tabula Rasa), while others explain phylogeographic patterns by the survival of species in favourable Nunataks within the Alps. Since numerous species have successfully reacted to past climate changes by genome multiplication (autopolyploidy), studies of such taxa in natural conditions is likely to explain the ecological success and the advantages of autopolyploidy. Early cytogeographical surveys of Biscutella laevigata have shed light on the links between autopolyploidy and glaciations by indicating that diploids are now spatially isolated in never-glaciated areas, while autotetraploids have recolonised the zones covered by glaciers- during the last glacial maximum. A periglacial context apparently favoured this young autopolyploid complex but the circumstances and the advantages of this genomic mutation remain unclear. What is the glacial history of the B. laevigata autopolyploid complex? Are there multiple events of polyploidisation? To what extent do they affect the genetic diversity and the evolutionary potential of polyploids? Is recolonisation associated with adaptive processes? How does long-term persistence affect genetic diversity? The present study addresses these questions at different spatiotemporal scales. A regional survey at the Western Alps-scale tackles distal factors (evolutionary history), while local-scale studies explore proximal factors (evolutionary mechanisms). In the Western Alps, populations have been densely sampled and studied from the (1) cytotypic, (2) morphotaxonomic, (3) habitat point of views, as well as (4) plastid DNA molecular markers, in order to infer their relationships and establish the maternal lineages phylogeography. At the local scale, populations persisting at the rear edge and populations recolonising the attitudinal margin at the leading edge have been studied by AFLPs to show how genetic diversity is shaped by different evolutionary forces across the species range. The results at the regional scale document the glacial history of a widespread species, representative of alpine meadows, in a regional area of main interest (glacial refugia, main barriers and recolonisation routes) and points out to sites of interest for regional biodiversity. The external Alps have played a major role in the maintenance of populations near the central Alps during the Last Glacial Maximum and influenced the evolution of the species, and of vegetation. Polytopic autopolyploidy in different biogeographic districts is also demonstrated. The species has had an important and rapid radiation because recolonisation took place from different refugia. The subsequent recolonisation of the Western Alps was achieved by independent lineages that are presently admixing in the central Alps. The role of the Pennic summit line is underlined as a great barrier that was permeable only through certain favourable high-altitude passes. The central Alps are thus viewed as an important crossroad where genomes with different evolutionary histories are meeting and admixing. The AFLP analysis and comparison of local populations growing in contrasted ecological and historical situations indicate that populations persisting in the external Alps present restricted gene dispersal and low genetic diversity but seem in equilibrium with their environment. On the contrary, populations colonising the attitudinal margin are mainly influenced by founder effects together with great gene dispersal and genotypes have a nearly random distribution, suggesting that recolonisation is not associated with adaptive processes. Autopolyploids that locally persist against climate changes thus seem to present adaptive ability, while those that actively recolonise the Alps are successful because of their great capacity to maintain a high genetic diversity against founder effects during recolonisation.

3D seismic facies characterization and geological patterns recognition (Australian North West Shelf)

EXECUTIVE SUMMARY This PhD research, funded by the Swiss Sciences Foundation, is principally devoted to enhance the recognition, the visualisation and the characterization of geobodies through innovative 3D seismic approaches. A series of case studies from the Australian North West Shelf ensures the development of reproducible integrated 3D workflows and gives new insight into local and regional stratigraphic as well as structural issues. This project was initiated in year 2000 at the Geology and Palaeontology Institute of the University of Lausanne (Switzerland). Several collaborations ensured the improvement of technical approaches as well as the assessment of geological models. - Investigations into the Timor Sea structural style were carried out at the Tectonics Special Research Centre of the University of Western Australia and in collaboration with Woodside Energy in Perth. - Seismic analysis and attributes classification approach were initiated with Schlumberger Oilfield Australia in Perth; assessments and enhancements of the integrated seismic approaches benefited from collaborations with scientists from Schlumberger Stavanger Research (Norway). Adapting and refining from "linear" exploration techniques, a conceptual "helical" 3D seismic approach has been developed. In order to investigate specific geological issues this approach, integrating seismic attributes and visualisation tools, has been refined and adjusted leading to the development of two specific workflows: - A stratigraphic workflow focused on the recognition of geobodies and the characterization of depositional systems. Additionally, it can support the modelling of the subsidence and incidentally the constraint of the hydrocarbon maturity of a given area. - A structural workflow used to quickly and accurately define major and secondary fault systems. The integration of the 3D structural interpretation results ensures the analysis of the fault networks kinematics which can affect hydrocarbon trapping mechanisms. The application of these integrated workflows brings new insight into two complex settings on the Australian North West Shelf and ensures the definition of astonishing stratigraphic and structural outcomes. The stratigraphic workflow ensures the 3D characterization of the Late Palaeozoic glacial depositional system on the Mermaid Nose (Dampier Subbasin, Northern Carnarvon Basin) that presents similarities with the glacial facies along the Neotethys margin up to Oman (chapter 3.1). A subsidence model reveals the Phanerozoic geodynamic evolution of this area (chapter 3.2) and emphasizes two distinct mode of regional extension for the Palaeozoic (Neotethys opening) and Mesozoic (abyssal plains opening). The structural workflow is used for the definition of the structural evolution of the Laminaria High area (Bonaparte Basin). Following a regional structural characterization of the Timor Sea (chapter 4.1), a thorough analysis of the Mesozoic fault architecture reveals a local rotation of the stress field and the development of reverse structures (flower structures) in extensional setting, that form potential hydrocarbon traps (chapter 4.2). The definition of the complex Neogene structural architecture associated with the fault kinematic analysis and a plate flexure model (chapter 4.3) suggest that the Miocene to Pleistocene reactivation phases recorded at the Laminaria High most probably result from the oblique normal reactivation of the underlying Mesozoic fault planes. This episode is associated with the deformation of the subducting Australian plate. Based on these results three papers were published in international journals and two additional publications will be submitted. Additionally this research led to several communications in international conferences. Although the different workflows presented in this research have been primarily developed and used for the analysis of specific stratigraphic and structural geobodies on the Australian North West Shelf, similar integrated 3D seismic approaches will have applications to hydrocarbon exploration and production phases; for instance increasing the recognition of potential source rocks, secondary migration pathways, additional traps or reservoir breaching mechanisms. The new elements brought by this research further highlight that 3D seismic data contains a tremendous amount of hidden geological information waiting to be revealed and that will undoubtedly bring new insight into depositional systems, structural evolution and geohistory of the areas reputed being explored and constrained and other yet to be constrained. The further development of 3D texture attributes highlighting specific features of the seismic signal, the integration of quantitative analysis for stratigraphic and structural processes, the automation of the interpretation workflow as well as the formal definition of "seismo-morphologic" characteristics of a wide range of geobodies from various environments would represent challenging examples of continuation of this present research. The 21st century will most probably represent a transition period between fossil and other alternative energies. The next generation of seismic interpreters prospecting for hydrocarbon will undoubtedly face new challenges mostly due to the shortage of obvious and easy targets. They will probably have to keep on integrating techniques and geological processes in order to further capitalise the seismic data for new potentials definition. Imagination and creativity will most certainly be among the most important quality required from such geoscientists.

Contribution to the geology of Southern Turkey: new insights from the Mersin mélanges and from the Lycian and Antalya nappes

Abstract The study of fossil Tethyan continental margins implies the consideration of the oceanic domains to which they were connected. The advent of plate tectonics confirmed the importance of the detection of accretion-related mélanges. Ophiolitic mélanges are derived from both an upper ophiolitic obducting plate and a lower oceanic plate. Besides ophiolitic elements, the mélanges may incorporate parts of a magmatic arc and dismembered fragments of a passive continental margin. As the lower plate usually totally disappears during the obduction process, it can only be reconstructed from its elements found in the mélanges. Because of their key location at active margin boundaries, preserved accretion-related mélanges provide strong constraints on the geological evolution of former oceanic domains and their adjacent margins. The identification of Palaeotethyan remnants as accretionary series or reworked during the Late Triassic Eo-Cimmerian event, as well as the recognition of HugluPindos marginal sequences in southern Turkey and in the external Hellenides represent the main achievements of this work, making possible to establish new palaeogeographical correlations. The Mersin mélanges (Turkey), together with the Antalya and Mamonia (Cyprus) domains, are characterized by a series of exotic units found now south of the main Taurus range and compose the South-Taurides Exotic Units. The Mersin mélanges are subdivided in a Triassic and a Late Cretaceous unit. These units consist of the remnants of three major Tethyan oceans, the Palaeotethys, the Neotethys and the Huglu-Pindos. The definition and inventory of the Upper Antalya Nappes (Turkey) are still a matter of controversies and often conflicting interpretations. The recognition of Campanian radiolarians on top of the Kerner Gorge unit directly overlain by the Ordovician Seydi§ehir Fm. of the Tahtah Dag Nappe outlines a tectonic contact and demonstrates that the Upper Antalya Nappes system is composed of three different nappes, the Kerner Gorge, Bakirli and the Tahtah Dag nappes. Additionally, a limestone block in a doubtful tectonic position at the base of the Upper Antalya Nappes yielded for the first time two middle Viséan associations of foraminifers and problematic algae. The Tavas Nappe in the Lycian Nappes (Turkey) is classically divided into the Karadag, Teke Dere, Köycegiz and Haticeana units. As for the Mersin mélanges, the Tavas Nappe is highly composite and includes dismembered units belonging to the Palaeotethyan, Neotethyan and HugluPindos realms. The Karadag unit consists of a Gondwana-type platform succession ranging from the Late Devonian to the Late Triassic. It belongs to the Cimmerian Taurus terrane and was part of the northern passive margin of the Neotethys. The Teke Dere unit is composed of different parts of the Palaeotethyan succession including Late Carboniferous OIB-type basalts, Carboniferous MORB-type basalts, an Early Carboniferous siliciclastic series and a Middle Permian arc sequence. The microfauna and microflora identified in different horizons within the Teke Dere unit share strong biogeographical affinities with the northern Palaeotethyan borders. Kubergandian limestones in primary contact above the Early Carboniferous siliciclastics yielded a rich and diverse microfauna and microflora also identified in reworked cobbles within the Late Triassic Gevne Fm. of the Aladag unit (Turkey). The sedimentological evolution of the Köycegiz and Haticeana series is in many points similar to classical Pindos sequences. These series originated in the Huglu-Pindos Ocean along the northern passive margin of the Anatolian (Turkish transect) and Sitia-Pindos (Greek transect) terranes. Conglomerates at the base of the Lentas Unit in southern Crete (Greece) yielded a microfauna and microflora presenting also strong affinities with the northern borders of the Palaeotethys. This type of reworked sediments at the base of Pindos-like series would suggest a derivation from the Palaeotethyan active margin. -Résumé (French abstract) L'étude des marges continentales fossiles de l'espace téthysien implique d'étudier les domaines océaniques qui y étaient rattachés. Les progrès de la tectonique des plaques ont confirmé l'importance de la reconnaissance des mélanges d'accrétion. Les mélanges ophiolitiques dérivent d'une plaque supérieure ophiolitique qui obducte, et d'une plaque inférieure océanique. En plus d'éléments ophiolitiques, les mélanges peuvent aussi incorporer des parties d'un arc magmatique, ou des fragments d'une marge continentale passive. Comme la plaque inférieure disparaît généralement complètement durant le processus d'obduction, elle ne peut être reconstruite qu'au travers de ses éléments trouvés dans les mélanges. A cause de leur situation aux limites de marges actives, les mélanges d'accrétion bien préservés permettent de contraindre l'évolution géologique d'anciens océans et de leurs marges. L'identification de vestiges de la Paléotéthys en série d'accrétion ou remaniés lors de l'orogenèse éo-cimmérienne au Trias supérieur, ainsi que l'observation de séquences marginales de Huglu-Pinde en Turquie du sud et dans les Hellénides externes représentent les principaux résultats de ce travail, permettant d'établir de nouvelles corrélations paléogéographiques. Les mélanges de Mersin (Turquie), avec les domaines d'Antalya et de Mamonia (Chypre), sont caractérisés par des unités exotiques se trouvant au sud de la chaîne taurique, et forment les Unités Exotiques Sud-Tauriques. Les mélanges de Mersin sont subdivisés en une unité triasique, et une autre du Crétacé supérieur. Ces unités comprennent les reliques de trois principaux océans téthysiens, la Paléotéthys, la Néotéthys et Huglu-Pinde. L'inventaire et la définition des nappes supérieures d'Antalya (Turquie) sont encore matière à controverse et donne lieu à des interprétations conflictuelles. La découverte de radiolaires campaniens au sommet de l'unité de la Gorge de Kemer, directement recouverts par la formation ordovicienne de Seydisehir de la nappe du Tahtali Dag met en évidence un contact tectonique et démontre que les nappes supérieures sont composées de trois différentes nappes, celle de la Gorge de Kemer, celle du Bakirli et celle Tahtali Dag. De plus, un bloc de calcaire dont la position tectonique demeure incertaine à la base des nappes supérieures a fourni pour la première fois deux associations viséennes de foraminifères et d'algues problématiques. La nappe de Tavas dans les nappes lyciennes (Turquie) est séparée en unités du Karadag, du Teke Dere, de Köycegiz et d'Haticeana. Comme pour les mélanges de Mersin, la nappe de Tavas est composite et inclut des unités appartenant à la Paléotéthys, à la Néotéthys et à Huglu-Pinde. L'unité du Karadag est une plateforme carbonatée de type Gondwana se développant du Dévonien supérieur au Trias supérieur. Elle appartient au domaine cimmérien du Taurus et formait la marge nord de la Néotéthys. L'unité du Teke Dere est composée de différentes écailles paléotéthysiennes et inclut des basaltes d'île océanique du Carbonifère supérieur, des basaltes de ride océanique du Carbonifère, une série siliciclastique du Carbonifère supérieur et un arc du Permien moyen. Les microfaunes et -flores trouvées à différents niveaux de la série du Teke Dere partagent de fortes affinités paléogéographiques avec les marges nord de la Paléotéthys. Des calcaires du Kubergandien en contact primaire au-dessus de la série siliciclastique a donné de riches microfaunes et -flores, également identifiées dans des galets remaniés dans la formation de Gevne du Trias supérieur de l'Aladag. L'évolution sédimentologique des séries de Köycegiz et d'Haticeana sont très similaires aux séries classiques du Pinde. Ces séquences prennent leur racine dans l'océan de Huglu-Pinde, le long de la marge passive nord anatolienne (profil turc) et de la marge de Sitia-Pinde (profil grec). Des conglomérats à la base de l'unité de Lentas au sud de la Crète (Grèce) ont donné des microfaunes et flores partageant également de fortes similitudes avec les bordures nord de la Paléotéthys. Le type de sédiments remaniés à la base d'unités de type Pinde suggère une dérivation depuis la marge active de la Paléotéthys. -Résumé grand public (non-specialized abstract) Au début du 20ème siècle, Alfred Wegener bouleverse les croyances géologiques de l'époque et publie plusieurs articles sur la dérive ou la translation des continents. En utilisant des arguments géographiques (similarités des lignes de côte), paléontologiques (faunes et flores similaires) et climatiques (dépôts tropicaux et glaciaires), Wegener explique qu'il y a plusieurs millions d'années, les terres émergées actuelles ne devaient former qu'un seul et grand continent. La fin du 20ème siècle verra l'avènement de la théorie de la tectonique des plaques suite à la reconnaissance du cycle de Wilson, des rides médio-océaniques, des anomalies magnétiques dans les océans et des sutures océaniques qui représentent les reliques d'océans disparus. Le Cycle de Wilson se caractérise par une suite d'évènements géologiques majeurs pouvant se résumer de la manière suivante : (1) séparation d'un craton continental en deux parties, créant une limite de plaque divergente. C'est ce que l'on appelle un rift; (2) développement et croissance d'un océan entre ces deux blocs. Des roches magmatiques remontent à la surface de la terre et forment une chaîne de montagne sous-marine que l'on appelle ride médio-océanique ou dorsale. L'océan continue de se développer, et des sédiments se déposent à sa surface formant la suite ophiolitique ou trinité de Steinmann; (3) après une phase d'expansion plus ou moins longue, les conditions imposées aux limites des plaques à la surface de la terre changent, et l'océan se met à se refermer par disparition progressive (subduction) de sa croûte océanique sous une croûte continentale par exemple. Ceci crée une nouvelle limite de plaque, convergente cette fois; (4) la subduction de la plaque océanique sous la plaque continentale provoque une remontée de magma formant des chaînes volcaniques à la surface de la Terre ; (5) une fois que la plaque océanique a complètement disparu, les deux blocs préalablement séparés par l'océan font collision, formant ainsi une chaîne de montagne. Les chaînes de montagnes sont de manière générale formées par un empilement plus ou moins complexe de nappes. C'est au coeur de certaines de ces nappes que se trouvent les vestiges de l'océan disparu. Un des objectifs de ce travail était la recherche de ces vestiges dans le domaine téthysien de la Méditerranée orientale. Pour ce faire, nous avons parcourus une grande partie du sud de la Turquie, nous sommes allés à Chypre, dans le Sultanat d'Oman, en Iran, en Crète, et nous avons visités quelques îles grecques du Dodécanèse. La région de la Méditerranée orientale est une zone qui a été tectoniquement très active, et qui continue de l'être de nos jours par des phénomènes de subduction (ex. les volcans de Santorin), et par des mouvements coulissants entre des plaques continentales (ex. la faille nord-anatolienne) qui donnent régulièrement lieu à des tremblements de terre. Pour le géologue, la complexité de ces zones d'étude réside dans le fait que les chaînes de montagne actuelles ne contiennent en général pas seulement les restes d'un océan, mais bien de plusieurs bassins océaniques qui se sont succédés dans l'espace et dans le temps. Les nappes qui se trouvent au sud de la Turquie et dans le Dodécanèse forment un important jalon dans la chaîne alpine qui s'étend depuis les Alpes jusque dans l'Himalaya. L'idée d'un continuum au coeur de ce système se basait principalement sur l'âge des océans et sur la reconnaissance de similarités dans l'évolution des séries sédimentaires. La localisation des vestiges de la Paléotéthys ainsi que l'identification des séries sédimentaires ayant appartenu à l'océan de HugluPinde repris sous forme de nappes en Turquie et en Grèce sont cruciales pour permettre de bonnes corrélations locales et régionales. La reconnaissance, la compréhension et l'interprétation de ces séries sédimentaires permettront d'élaborer un modèle d'évolution géodynamique régional, s'appuyant sur des faits de terrains indiscutables, et prenant en compte les contraintes globales que ce genre d'exercice implique.

The sandstone-hosted Beverley uranium Deposit, Lake Frome Basin, South Australia: Mineralogy, geochemistry, and a time-constrained model for its genesis

The sandstone-hosted Beverley uranium deposit is located in terrestrial sediments in the Lake Frome basin in the North Flinders Ranges, South Australia. The deposit is 13 km from the U-rich Mesoproterozoic basement of the Mount Painter inlier, which is being uplifted 100 to 200 m above the basin by neotectonic activity that probably initiated in the early Pliocene. The mineralization was deposited mainly in organic matter-poor Miocene lacustrine sands and partly in the underlying reductive strata comprising organic matter-rich clays and silts. The bulk of the mineralization consists of coffinite and/or uraninite nodules, growing around Co-rich pyrite with an S isotope composition (delta S-34 = 1.0 +/- 0.3 parts per thousand), suggestive of an early diagenetic lacustrine origin. In contrast, authigenic sulfides in the bulk of the sediments have a negative S isotope signature (delta S-34 ranges from -26.2 to -35.5 parts per thousand), indicative of an origin via bacterially mediated sulfate reduction. Minor amounts of Zn-bearing native copper and native lead also support the presence of specific, reducing microenvironments in the ore zone. Small amounts of carnotite are associated with the coffinite ore and also occur beneath a paleosoil horizon overlying the uranium deposit. Provenance studies suggest that the host Miocene sediments were derived from the reworking of Early Cretaceous glacial or glaciolacustrine sediments ultimately derived from Paleozoic terranes in eastern Australia. In contrast, the overlying Pliocene strata were in part derived from the Mesoproterozoic basement inlier. Mass-balance and geochemical data confirm that granites of the Mount Painter domain were the ultimate source of U and BEE at Beverley. U-Pb dating of coffinite and carnotite suggest that the U mineralization is Pliocene (6.7-3.4 Ma). The suitability of the Beverley deposit for efficient mining via in situ leaching, and hence its economic value, are determined by the nature of the hosting sand unit, which provides the permeability and low reactivity required for high fluid flow and low chemical consumption. These favorable sedimentologic and geometrical features result from a complex conjunction of factors, including deposition in lacustrine shore environment, reworking of angular sands of glacial origin, deep Pliocene weathering, and proximity to an active fault exposing extremely U rich rocks.

Geology of the NW Indian Himalaya

This review paper deals with the geology of the NW Indian Himalaya situated in the states of Jammu and Kashmir, Himachal Pradesh and Garhwal. The models and mechanisms discussed, concerning the tectonic and metamorphic history of the Himalayan range, are based on a new compilation of a geological map and cross sections, as well as on paleomagnetic, stratigraphic, petrologic, structural, metamorphic, thermobarometric and radiometric data. The protolith of the Himalayan range, the North Indian flexural passive margin of the Neo-Tethys ocean, consists of a Lower Proterozoic basement, intruded by 1.8-1.9 Ga bimodal magmatites, overlain by a horizontally stratified sequence of Upper Proterozoic to Paleocene sediments, intruded by 470-500 Ma old Ordovician mainly peraluminous s-type granites, Carboniferous tholeiitic to alkaline basalts and intruded and overlain by Permian tholeiitic continental flood basalts. No elements of the Archaen crystalline basement of the South Indian shield have been identified in the Himalayan range. Deformation of the Himalayan accretionary wedge resulted from the continental collision of India and Asia beginning some 65-55 Ma ago, after the NE-directed underthrusting of the Neo-Tethys oceanic crust below Asia and the formation of the Andean-type 103-50 (-41) Ma old Ladakh batholith to the north of the Indus Suture. Cylindrical in geometry, the Himalayan range consists, from NE to SW, from older to younger tectonic elements, of the following zones: 1) The 25 km wide Ladakh batholith and the Asian mantle wedge form the backstop of the growing Himalayan accretionary wedge. 2) The Indus Suture zone is composed of obducted slices of the oceanic crust, island arcs, like the Dras arc, overlain by Late Cretaceous fore arc basin sediments and the mainly Paleocene to Early Eocene and Miocene epi-sutural intra-continental Indus molasse. 3) The Late Paleocene to Eocene North Himalayan nappe stack, up to 40 km thick prior to erosion, consists of Upper Proterozoic to Paleocene rocks, with the eclogitic and coesite bearing Tso Morari gneiss nappe at its base. It includes a branch of the Central Himalayan detachment, the 22-18 Ma old Zanskar Shear zone that is intruded and dated by the 22 Ma Gumburanjun leucogranite; it reactivates the frontal thrusts of the SW-verging North Himalayan nappes. 4) The late Eocene-Miocene SW-directed High Himalayan or ``Crystalline'' nappe comprises Upper Proterozoic to Mesozoic sediments and Ordovician granites, identical to those of the North Himalayan nappes. The Main Central thrust at its base was created in a zone of Eocene to Early Oligocene anatexis by ductile detachment of the subducted Indian crust, below the pre-existing 25-35 km thick NE-directed Shikar Beh and SW-directed North Himalayan nappe stacks. 5) The late Miocene Lesser Himalayan thrust with the Main Boundary Thrust at its base consists of early Proterozoic to Cambrian rocks intruded by 1.8-1.9 Ga bimodal magmatites. The Subhimalaya is a thrust wedge of Himalayan fore deep basin sediments, composed of the Early Eocene marine Subathu marls and sandstones as well as the up to 8'000 m-thick Miocene to recent Ganga molasse, a coarsening upwards sequence of shales, sandstones and conglomerates. The active frontal thrust is covered by the sediments of the Indus-Ganga plains.