Stratigraphic significance of siliceous microfossils collected during Nautiperc dives (Off Peru, 5°-6° S)

The geological evolution of the northern Peru convergent margin can be traced using samples collected during deep-sea dives of the submersible Nautile. In the Paita area (5 degrees-6 degrees S), the sedimentary sequence was intensively sampled along the main scarp of the middle slope area. It consists of Upper Miocene (7-9 Ma) to Pleistocene siltstone, sandstone and rare dolostone. The age distribution of these samples is the basis for a new geologic interpretation of the multichannel seismic line CDP3. Siliceous microfossils (both diatoms and radiolarians) show influence of both cold and temperate waters (local species mixed with upwelling ones). Diatom assemblages studied from the NP1-13 and NP1-15 dives bear a strong resemblance to assemblages from the Pisco Formation of southern Peru. Micropaleontological data from siliceous microfossils, provide evidence for two main unconformities, one is at the base of the Quaternary sequence and the other corresponds to a hiatus of 1 Myr, separating the Upper Miocene (7-8 Ma) sediments from uppermost Miocene (5-6 Ma) sediments. During the past 400 kyr, a wide rollover fold developed in the middle slope area associated with a major seaward dipping detachment fault. A catastrophic debris avalanche occurred as the result of an oversteepening of the landward flank of the rollover fold. The gravity failure of the slope, recognized by SeaBEAM and hydrosweep mapping, displaced enough material to produce a destructive tsunami which occurred 13.8 +/- 2.7 kyr ago.

Biostratigraphy, mineralogy and geochemistry of the Trabakua Pass and Ermua sections in Spain: Paleocene-Eocene transition

Isotopic, geochemical and bulk mineralogical analyses in the Trabakua and Ermua sections, Basque Basin, reveal major changes across the Paleocene-Eocene transition. Expanded sedimentary records exhibit a gradual decrease of 1.0 parts per thousand in delta(13)C values in the lower part of Zone P5 followed by a more rapid 3 parts per thousand negative excursion. The 3 parts per thousand delta(13)C excursion is associated with an abrupt decrease in carbonate sedimentation, increased detrital flux and decreased grain size which suggest changes in marine/atmospheric currents and/or size and structure of the ocean carbon reservoir. The clays recognized at Trabakua record a deep burial diagenesis as indicated by two generations of chlorite, the presence of mixed-layers chlorite-smectite and illite-smectite, the absence of smectite and the near absence of kaolinite. The very low delta(18)O values (<-3.5 parts per thousand) throughout the Trabakua and Ermua sections reflect diagenetic alteration rather than paleotemperatures. Because of deep burial diagenesis and very poorly preserved microfossils, the Trabakua Pass and Ermua sections are not optimal potential stratotypes for the Paleocene-Eocene boundary.

X-ray microtomography of Larger Foraminifera

X-ray microtomography has become a new tool in earth sciences to obtain non-destructive 3D-image data from geological objects in which variations in mineralogy, chemical composition and/or porosity create sufficient x-ray density contrasts.We present here first, preliminary results of an application to the external and internal morphology of Permian to Recent Larger Foraminifera. We use a SkyScan-1072 high-resolution desk-top micro-CT system. The system has a conical x-ray source with a spot size of about 5µm that runs at 20-100kV, 0-250µA, resulting in a maximal resolution of 5µm. X-ray transmission images are captured by a scintillator coupled via fibre optics to a 1024x1024 pixel 12-bit CCD. The object is placed between the x-ray source and the scintillator on a stub that rotates 360°around its vertical axis in steps as small as 0.24 degrees. Sample size is limited to 2 cm due to the absorption of geologic material for x-rays. The transmission images are back projected using a Feldkamp algorithm into a vertical stack of up to 1000 1Kx1K images that represent horizontal cuts of the object. This calculation takes 2 to several hours on a Double-Processor 2.4GHz PC. The stack of images (.bmp) can be visualized with any 3D-imaging software, used to produce cuts of Larger Foraminifera. Among other applications, the 3D-imaging software furnished by SkyScan can produce 3D-models by defining a threshold density value to distinguish "solid" from "void. Several models with variable threshold values and colors can be imbricated, rotated and cut together. The best results were obtained with microfossils devoid of chamber-filling cements (Permian, Eocene, Recent). However, even slight differences in cement mineralogy/composition can result in surprisingly good x-ray density contrasts.X-ray microtomography may develop into a powerful tool for larger microfossils with a complex internal structure, because it is non-destructive, requires no preparation of the specimens, and produces a true 3D-image data set. We will use these data sets in the future to produce cuts in any direction to compare them with arbitrary cuts of complex microfossils in thin sections. Many groups of benthic and planktonic foraminifera may become more easily determinable in thin section by this way.

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

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

Evolution of a Ladinian (Middle Triassic) intraplatform basin : stratigraphy, microfacies and palaeoecology of the Meride Limestone (Monte San Giorgio, Canton Ticino, Southern Switzerland)

The Monte San Giorgio (Southern Alps, Ticino, Switzerland) is the most important locality in the world for vertebrates dating back to the Middle Triassic. For this reason it was registered in 2003 as a UNESCO World Heritage Site. One of the objectives of this doctoral thesis was to fill some of the cognitive gaps regarding the Ladinian succession, including in particular the San Giorgio Dolomite and the Meride Limestone. In order to achieve this, the entire succession, more than 600 metres thick, was measured and sampled. Biostratigraphic research based on new finds of fossil invertebrates and microfossils and on the palynological analysis of the entire section was integrated with single-zircon U-Pb dating of volcanic ash layers intercalated in the carbonate succession. This enabled a redefinition of the bio-chronostratigraphic and geochronologic framework of the succession, which encompasses a significantly shorter time interval than previously held. The Ladinian section extends from the E. curionii Ammonoid Zone (Early Fassanian) to the P. archelaus Ammonoid Zone (Early Longobardian). The age of the classic fossiliferous levels of the Meride Limestone, rich in organic matter and containing vertebrate fossils which are known all over the world, was defined in both biostratigraphic and geochronologic terms. The presumed stratigraphie significance of the pachypleurosaurid reptiles found in such levels is called into question by new finds. These fossiliferous horizons were found to correspond to the main volcanoclastic intervals of the Buchenstein Formation (Middle and Upper Pietra Verde). Thus, a correlation with the Bagolino Section (Italy) containing the GSSP for the base of the Ladinian was proposed. Bulk sedimentation rates in the studied succession average 200 m/Myr and therefore prove to be 20 times higher than those of the South-Alpine pelagic basins. These values express high carbonate productivity from the surrounding platforms on one hand, and on the other a marked subsidence of the basin. Only in the intervals consisting of laminated limestones did the sedimentation rates drop to average values of around 30 m/Myr. The distribution of organic and inorganic facies appears to be the consequence of relative variations in sea-level. The laminated and organic-matter- rich intervals of the Meride Limestone are linked to a relative sea-level drop which favoured dysoxic to anoxic bottom-water conditions, coupled with an increase in runoff, perhaps due to recurrent explosive volcanic activity. The transient development under dysoxic conditions of monospecific benthic meio-/macrofaunas was documented. Organic matter suggests a predominant origin due to benthic bacterial activity, as can be witnessed in alveolar structures typical of exopolymeric substances secreted by bacteria within microbial mats. A microbial contribution to the carbonate (peloidal) precipitation was documented. The protective effect exerted by these microbial mats is also indicated as the main taphonomic factor contributing to the excellent preservation of vertebrate fossils. A radiolarian assemblage discovered in the lower part of the section (earliest Ladinian, E. curionii Zone) suggests the transient existence of open-marine but not deep-water connections with the tethyan pelagic basins. It shows marked similarities to the faunas typical of the late Anisian, suggesting therefore a low resolution power provided by radiolarian biostratigraphy in recognizing the Anisian/Ladinian boundary. The present thesis describes a new species of conifer (Elatocladus cassinae), a new species of insect (Dasyleptus triassicus) and seven new species of radiolarians (Eptingium danieli, Eptingium neriae, Parentactinosphaera eoladinica, Sepsagon ticinensis, Sepsagon? valporinae, Novamuria wirzi and Pessagnollum? hexaspinosum). In addition, following revision of the type material of already existent taxa, four new genera of radiolarians are introduced: Bernoulliella, Eohexastylus, Ticinosphaera and Lahmosphaera.

Low latitude Paleocene to early Eocene radiolarian systematics, biochronology and paleoenvironmental analysis

Highly diverse radiolarian faunas of latest Maastrichtian to early Eocene age have been recovered from the low latitude realm in order to contribute to the clarification of radiolarian taxonomy, construct a zonation based on a discrete sequence of co-existence intervals of species ranging from the late Paleocene to early Eocene and to describe a rich low latitude latest Cretaceous to late Paleocene fauna. 225 samples of late Paleocene to early Eocene age have been collected from ODP Leg 171 B-Hole 1051 A (Blake Nose), DSDP Leg 43-Site 384 (Northwest Atlantic) and DSDP Leg 10-Sites 86, 94, 95, 96. Sequences consist of mainly pelagic oozes and chalks, with some clay and ash layers. A new imaging technique is devised to perform (in particular on topotypic material) both transmitted light microscopy and SEM imaging on individual radiolarian specimens. SEM precedes transmitted light imaging. Radiolarians are adhered to a cover slip (using nail varnish) which is secured to a stub using conductive levers. Specimens are then photographed in low vacuum (40-50Pa; 0.5mbar), which enables charge neutralization by ionized molecules of the chamber atmosphere. Thus gold coating is avoided and subsequently this allows transmitted light imaging to follow. The conductive levers are unscrewed and the cover slip is simply overturned and mounted with Canada balsam. In an attempt towards a post-Haeckelian classification, the initial spicule (Entactinaria), micro- or macrosphere (Spumellaria) and initial spicule and cephalis (Nassellaria) have been studied by slicing Entactinaria and Spumellaria, and by tilting Nassellaria in the SEM chamber. A new genus of the family Coccodiscidae is erected and Spongatractus HAECKEL is re-located to the subfamily Axopruinae. The biochronology has been carried out using the Unitary Association Method (Guex 1977, 1991). A database recording the occurrences of 112 species has been used to establish a succession of 22 Unitary Associations. Each association is correlated to chronostratigraphy via calcareous microfossils that were previously studied by other authors. The 22 UAs have been united into seven Unitary Associations Zones (UAZones) (JP10- JE4). The established zones permit to distinguish supplementary subdivisions within the existing zonation. The low-latitude Paleocene radiolarian zonation established by Sanfilippo and Nigrini (1998a) is incomplete due to the lack of radiolarian-bearing early Paleocene sediments. In order to contribute to the study of sparsely known low latitude early Paleocene faunas, 80 samples were taken from the highly siliceous Guayaquil Formation (Ecuador). The sequence consists of black cherts, shales, siliceous limestones and volcanic ash layers. The carbonate content increases up section. Age control is supplied by sporadic occurrences of silicified planktonic foraminifera casts. One Cretaceous zone and seven Paleocene zones have been identified. The existing zonation for the South Pacific can be applied to the early-early late Paleocene sequence, although certain marker species have significantly shorter ranges (notably Buryella foremanae and B. granulata). Despite missing marker species in the late Paleocene, faunal distribution correlates reasonably to the Low-Latitude zonation. An assemblage highly abundant in Lithomelissa, Lophophaena and Cycladophora in the upper RP6 zone (correlated by the presence of Pterocodon poculum, Circodiscus circularis, Pterocodon? sp. aff. P. tenellus and Stylotrochus nitidus) shows a close affinity to contemporaneous faunas reported from Site 1121, Campbell Plateau. Coupled with a high diatom abundance (notably Aulacodiscus spp. and Arachnoidiscus spp.), these faunas are interpreted as reflecting a period of enhanced biosiliceous productivity during the late Paleocene. The youngest sample is void of radiolarians, diatoms and sponge spicules yet contains many pyritized infaunal benthic foraminifera which are akin to the midway-type fauna. The presence of this fauna suggests deposition in a neritic environment. This is in contrast to the inferred bathyal slope depositional environment of the older Paleocene sediments and suggests a shoaling of the depositional environment which may be related to a coeval major accretionary event. RESUME DE LA THESE Des faunes de radiolaires de basses latitudes très diversifiées d'âge Maastrichtien terminal à Eocène inférieur, ont été étudiées afin de contribuer à la clarification de leur taxonomie, de construire une biozonation basée sur une séquence discrète d'intervalles de coexistence des espèces d'age Paléocène supérieur à Eocène inférieur et de décrire une riche faune de basse latitude allant du Crétacé terminal au Paléocène supérieur. L'étude de cette faune contribue particulièrement à la connaissance des insaisissables radiolaires de basses latitudes du Paléocène inférieur. 225 échantillons d'âge Paléocène supérieur à Eocène inférieur provenant des ODP Leg 171B-Site 1051A (Blake Nose), Leg DSDP 43-Site 384 (Atlantique Nord -Ouest) et des DSDP Leg 10 -Sites 86, 94, 95, 96, ont été étudiés. Ces séquences sont constituées principalement de « ooze » et de « chalks »pélagiques ainsi que de quelques niveaux de cendres et d'argiles. Une nouvelle technique d'imagerie a été conçue afin de pouvoir prendre conjointement des images en lumière transmise et au Microscope Electronique à Balayage (MEB) de spécimens individuels. Ceci à été particulièrement appliqué à l'étude des topotypes. L'imagerie MEB précède l'imagerie en lumière transmise. Les radiolaires sont collés sur une lame pour micropaléontologie (au moyen de vernis à ongles) qui est ensuite fixée à un porte-objet à l'aide de bras métalliques conducteurs. Les spécimens sont ensuite photographiés en vide partiel (40-50Pa; 0.5mbar), ce qui permet la neutralisation des charges électrostatiques dues à la présence de molécules ionisées dans l'atmosphère de la chambre d'observation. Ainsi la métallisation de l'échantillon avec de l'or n'est plus nécessaire et ceci permet l'observation ultérieure en lumière transmise. Les bras conducteurs sont ensuite dévissés et la lame est simplement retournée et immergée dans du baume du Canada. Dans une approche de classification post Haeckelienne, le spicule initial (Entactinaires), la micro- ou macro -sphère (Spumellaires) et le spicule initial et cephalis (Nassellaires) ont été étudiés. Ceci a nécessité le sectionnement d'Entactinaires et de Spumellaires, et de pivoter les Nassellaires dans la chambre d'observation du MEB. Un nouveau genre de la Famille des Coccodiscidae a été érigé et Spongatractus HAECKEL à été réassigné à la sous-famille des Axopruninae. L'analyse biostratigraphique à été effectuée à l'aide de la méthode des Associations Unitaires {Guex 1977, 1991). Une base de données enregistrant les présences de 112 espèces à été utilisée poux établir une succession de 22 Associations Unitaires. Chaque association est corrélée à la chronostratigraphie au moyen de microfossiles calcaires précédemment étudiés par d'autres auteurs. Les 22 UAs ont été combinées en sept Zones d'Associations Unitaires (UAZones) (JP10- JE4). Ces Zones permettent d'insérer des subdivisions supplémentaires dans la zonation actuelle. La zonation de basses latitudes du Paléocène établie par Sanfilippo et Nigrini (1998a) est incomplète due au manque de sédiments du Paléocène inférieur contenant des radiolaires. Afin de contribuer à l'étude des faunes peu connues des basses latitudes du Paléocène inférieur, 80 échantillons ont été prélevés d'une section siliceuse de la Formation de Guayaquil (Equateur). La séquence est composée de cherts noirs, de shales, de calcaires siliceux et de couches de cendres volcaniques. La fraction carbonatée augmente vers le haut de la section. Des contraintes chronologiques sont fournies par la présence sporadique de moules de foraminifères planctoniques. Une zone d'intervalles du Crétacé et sept du Paléocène ont été mises en évidence. Bien que certaines espèces marqueur ont des distributions remarquablement plus courtes (notamment Buryella foremanae et B. granulata), la zonation existante pour le Pacifique Sud est applicable à la séquence d'age Paléocène inférieure à Paléocène supérieur basal étudiée. Malgré l'absence d'espèces marqueur du Paléocène supérieur, la succession faunistique se corrèle raisonnablement avec la zonation pour les basses latitudes. Un assemblage contenant d'abondants représentant du genre Lithomelissa, Lophophaena et Cycladophora dans la zone RP6 (correlée par la présence de Pterocodon poculum, Circodiscus circularis, Pterocodon? sp. aff. P. tenellus et Stylotrochus nitidus) montre une grande similitude avec certaines faunes issues des hauts latitudes et d'age semblable décrites par Hollis (2002, Site 1121, Campbell Plateau). Ceci, en plus d'une abondance importante en diatomés (notamment Aulacodiscus spp. et Arachnoidiscus spp.) nous mènent à interpréter cette faune comme témoin d'un épisode de productivité biosiliceuse accrue dans le Paléocène supérieur. L'échantillon le plus jeune, dépourvu de radiolaires, de diatomés et de spicules d'éponge contient de nombreux foraminifères benthiques infaunaux pyritisés. Les espèces identifiées sont caractéristiques d'une faune de type midway. La présence de ces foraminifères suggère un environnement de type néritique. Ceci est en contraste avec l'environnement de pente bathyale caractérisent les sédiments sous-jacent. Cette séquence de diminution de la tranche d'eau peut être associée à un événement d'accrétion majeure. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) Les radiolaires constituent le groupe de plancton marin le plus divers et le plus largement répandu de l'enregistrement fossile. Un taux d'évolution rapide et une variation géographique considérable des populations font des radiolaires un outil de recherche sans égal pour la biostratigraphie et la paléocéanographie. Néanmoins, avant de pouvoir les utiliser comme outils de travail, il est essentiel d'établir une solide base taxonomique. L'étude des Radiolaires peut impliquer plusieurs techniques d'extraction, d'observation et d'imagerie qui sont dépendantes du degré d'altération diagénétique des spécimens. Le squelette initial, qu'il s'agisse d'un spicule initial (Entactinaria), d'une micro- ou macro -sphère (Spumellaria) ou d'un spicule initial et d'un cephalis (Nassellaria), est l'élément le plus constant au cours de l'évolution et devrait représenter le fondement de la systématique. Des échantillons provenant de carottes de basses latitudes du Deep Sea Drilling Project et de l' Ocean Drilling ont été étudiés. De nouvelles techniques d'imagerie et de sectionnement ont été développées sur des topotypes de radiolaires préservés en opale, dans le but d'étudier les caractéristiques de leur squelette initial qui n'étaient pas visibles dans leur illustration originale. Ceci aide entre autre à comparer des spécimens recristallisés en quartz, provenant de terrains accrétés, avec les holotypes en opale de la littérature. La distribution des espèces étudiés a fourni des données biostratigraphiques qui ont été compilées à l'aide de la méthode des Associations Unitaires (Guez 1977, 1991). Il s'agit d'un modèle mathématique déterministe conçu pour exploiter la totalité de l'assemblage plutôt que de se confiner à l'utilisation de taxons marqueurs individuels. Une séquence de 22 Associations Unitaires a été établie pour la période allant du Paléocène supérieur à l'Éocène inférieur. Chaque Association Unitaire a été corrélée à l'échelle de temps absolue à l'aide de microfossiles calcaires. Les 22 UAs ont été combinées en sept Zones d'Associations Unitaires (JP10- JE4). Ces Zones permettent d'insérer des subdivisions supplémentaires dans la zonation actuelle. Les radiolaires du Paléocène inférieur à moyen des basses latitudes sont rares. Les meilleures sections connues se trouvent dans les hautes latitudes (Nouvelle Zélande). Quelques assemblages épars ont été mentionnés par le passé en Californie, en Équateur et en Russie. Une séquence siliceuse de 190 mètres dans la Formation de Guayaquil (Équateur), s'étendant du Maastrichtien supérieur au Paléocène supérieur, a fourni des faunes relativement bien préservées. L'étude de ces faunes a permis de mettre en évidence la première séquence complète de radiolaires de basses latitudes dans le Paléocène inférieure. Huit zones allant du Crétacé terminal au Paléocène supérieur ont pu être appliqués et la présence de foraminifères planctoniques a fournie plusieurs points d'attache chronologiques. Dans le Paléocène supérieur, un riche assemblage contenant d'abondants diatomés et radiolaires ayant des similitudes faunistiques marquantes avec des assemblages de hautes latitudes de Nouvelle Zélande, témoigne d'un épisode de productivité biosiliceuse accrue pendant cette période. Étant donné que la pointe du continent sud-américain et l'Antarctique étaient plus proches au cours du Paléocène, ce phénomène peut être expliqué par le transport, le long de la côte ouest de l'Amérique du Sud, d'eaux riches en nutriments en provenance de l'Océan Antarctique. Suite à cet épisode, l'enregistrement en radiolaires est interrompu. Ceci peut être associé à des événements tectoniques régionaux qui ont eu pour effet de diminuer la tranche d'eau relative, rendant l'environnement plus favorable aux foraminifères benthiques qui sont abondamment présents dans l'échantillon le plus jeune de la séquence.