Regional deterministic characterization of fracture networks and its application to GIS-based rock fall risk assessment

The study investigates the possibility to incorporate fracture intensity and block geometry as spatially continuous parameters in GIS-based systems. For this purpose, a deterministic method has been implemented to estimate block size (Bloc3D) and joint frequency (COLTOP). In addition to measuring the block size, the Bloc3D Method provides a 3D representation of the shape of individual blocks. These two methods were applied using field measurements (joint set orientation and spacing) performed over a large field area, in the Swiss Alps. This area is characterized by a complex geology, a number of different rock masses and varying degrees of metamorphism. The spatial variability of the parameters was evaluated with regard to lithology and major faults. A model incorporating these measurements and observations into a GIS system to assess the risk associated with rock falls is proposed. The analysis concludes with a discussion on the feasibility of such an application in regularly and irregularly jointed rock masses, with persistent and impersistent discontinuities.

Fluid-rock interaction during late stages of the Alpine exhumation

Résumé de la thèseLa fracturation des roches au cours de phases compressives ou extensives est un souvent évoquée pour expliquer la circulation de fluide au sein des roches cristallines. Dans le cadre de cette thèse, la circulation des fluides lors de l'exhumation tardive des Alpes a été étudiée en utilisant deux approches différentes: analyses structurales de la déformation fragile d'une part et analyses géochimiques des roches et des minéraux (isotopes stables, datations U/Pb, thermochronologie (U-Th)/He) d'autre part. Cette approche combinée a permis de mieux comprendre l'interaction existante entre les fluides métamorphiques et les fluides météoriques, ainsi que leur interaction avec les roches encaissantes. Le travail a été effectué dans la zone Pennique du Valais suisse.La première partie était focalisée sur la déformation fragile, le but étant de définir les différents types de déformations existantes et de déterminer l'âge relatif des différentes familles de failles. Dans la région d'étude, quatre domaines ont été distingués. Chacun d'eux comportent deux types de structures fragiles, certaines sont minéralisées alors que d'autre non. Au sein de chaque domaine, la direction principale des structures minéralisées correspond à l'orientation des accidents tectoniques majeurs de la région (Aosta- Ranzola Line au Sud, Rhône Line au Nord et Simplon Fault Zone à l'Est), alors que les structures non- minéralisées montrent des orientations plus variables. Ainsi, le premier type de structure est interprété comme résultant d'une dislocation tectonique alors que le deuxième type de structure résulterait d'une dislocation gravitaire locale. Il n'est néanmoins pas possible de classer chronologiquement la formation de ces deux types de structure ni d'attribuer un âge relatif aux changements d'orientation des contraintes majeures.La deuxième étude a été effectuée dans la région de la zone de faille du Simplon. Dans cette zone, la composition isotopique des minéraux ayant cristallisé à l'intérieur des fractures tardives permet de distinguer différents types de circulation de fluide. Les valeurs δ180 du quartz de la roche encaissante ainsi que ceux des veines tardives du bloque inférieur de la faille sont comparables. Ces valeurs indiquent un rééquilibrage et un tamponnage isotopique des fluides tardifs au contact de la roche encaissante lors de la fracturation de cette dernière et de la cristallisation des veines tardives. La même situation est observée dans la partie nord du bloque supérieur ainsi que dans sa partie sud. Ceci n'est néanmoins pas le cas pour la partie centrale du bloque supérieur où les valeurs isotopiques des minéraux dans les veines tardives sont approximativement 3 %o plus basses (avec des valeurs extrêmes négatifs), indiquant une contribution d'eau météorique aux fluides circulant dans les veines. Ces données suggèrent qu'une infiltration d'eau météorique a pu avoir lieu dans le bloque supérieur, où la fracturation des roches est plus intensive car le déplacement relatif le long de la faille y fut plus important, et la température maximale du métamorphisme plus basse. La troisième contribution traite de la géo-thermochronologie de la zone de contact entre la klippe de la Dent Blanche et la nappe de Tsaté. De petits zircons euhédraux ont été trouvés dans un plan de faille minéralisé (parallèle à la Faille du Rhône, voir première partie de l'étude), riche en hématite et quartz, de la zone d'étude. Les analyses U/Pb donnent des âges radiométriques autour de 270 - 280 Ma aux zircons extraits de la minéralisation ainsi que ceux extraits de la roche encaissante, ce qui correspond à l'âge de la nappe de la Dent Blanche et non celui de la nappe du Tsaté qui est elle-même classiquement interprétée comme une ophiolite Jurassique de l'Océan Liguro-Piémontais. Ces données suggèrent que les zircons contenus dans la veine ont été hérités de la roche encaissante. Les résultats (U-Th)/He indiquent un âge de refroidissement différent pour la roche encaissante (25.5 ± 2.0 Ma) que celui de la minéralisation (17.7 ±1.4 Ma). Le thermomètre isotopique quartz-hématite indique une température d'équilibre, et donc de mise en place de la minéralisation, d'environ 170 °C, température très proche de la température de -180 °C de fermeture du zircon pour le système (U-Th)/He. Ceci suggère que l'âge de refroidissement des zircons de la minéralisation correspond aussi à l'âge de formation de la faille.Thesis abstractFluid circulation in fractured rocks is a common process in geology, and it is generally the consequence of faulting and fracturing during both tectonic compression and extension. This thesis is focused on fluid circulation during late stages of the Alpine exhumation. After a structural analysis of the late brittle deformation of the studied samples, several analytical methods (stable isotope investigations, U/Pb radiometric dating, (U-Th)/He thermochronology) have been applied to understand the interaction of metamorphic and meteoric fluids with one another as well as with the host rock. This thesis is articulated around three study directions. All studies were conducted in the Penninic Zone of the Valais, Switzerland. The first study deals with late, brittle deformation and focuses on the different deformation styles and on the relative age of the different families of fractures. In order to do this, late brittle structures observed in four different domains have been subdivided as a function of the existence (or not) and type of mineralization. Comparisons between mineralized and non-mineralized strike directions for all four domains show that mineralized structures follow the strike orientation of major tectonic movements indicated in the Penninic Zone of the Valais (Aosta-Ranzola Line to the S, Rhône Line to the Ν and Simplon Fault Zone to the E), whereas non-mineralized fractures have a more variable strike orientation. This difference could be interpreted as indicative of tectonic-related faulting (mineralized structures) vs. local, collapse-related faulting (non-mineralized fractures), but it is not strong enough to indicate a relative age of the late brittle structures, and/or a change in the orientation of the strain field in post-Miocene times. The second studied area is focused on the Simplon Fault Zone (SFZ). Stable isotope analyses of minerals filling these late fractures indicate that there are two different fluid circulation systems in the footwall and hanging wall of the SFZ. In the footwall, δ180 values of quartz from both the host rock and the late veins range from +10 %o to +12 %o. This is consistent with buffering of circulating fluids by the host rock during fracturing and vein precipitation. In the hanging wall, δΙ80 values for quartz crystals from the host rock and the late veins are similar in both the northern and southern parts of the detachment that are both affected by the same degree of metamorphism (greenschist to the Ν and amphibolite to the S). This is not the case in the central part of the SFZ, where there is a jump from amphibolite facies in the footwall to greenschist facies in the hanging wall. δ,80 values for quartz from the hanging wall late veins are approximately 3.0 %o lower (down to negative values in some cases) than the values observed in the footwall These data suggest that infiltration of meteoric water may have occurred in the most fractured parts of the hanging wall, where relative displacement on the SFZ was the greatest and the peak temperature lower. In the less fractured footwall the δ180 values reflect a host rock-buffered system.The third study is focused on geo-thermochronology at the contact between the Dent Blanche nappe and the Tsaté nappe where small, euhedral zircons were found in a hematite- and quartz-rich mineralization on a late normal fault plane parallel to the Rhône Line (see first part of the study). U/Pb analysis indicates that the zircons - both in the late mineralization and in the host rock - have absolute radiometric ages clustering around 270 - 280 Ma, which is the accepted age for intrusive rocks from the Austroalpine Dent Blanche units but not for the Tsaté nappe. The latter is classically interpreted as an ophiolitic remnant of the Jurassic Liguro-Piemontais Ocean. U/Pb analyses suggest that zircons in late mineralization are all inherited from the host rock; however, results of (U-Th)/He analyses indicate that cooling ages for the host rocks are different to the cooling ages for the zircons in late mineralization. Indeed, the calculated cooling age for the Arolla gneiss is 25.5 ± 2.0 Ma, whilst the cooling age for the associated mineralized fault plane is 17.7 ±1.4 Ma. Oxygen stable isotope fractionation between quartz and hematite in the same late mineralization corresponds to temperatures of about 170 °C. The proximity of the calculated emplacement temperature for the mineralization and the lower accepted closure temperature for zircon in the (U-Th)/He system (-180 °C) imply that the age of 17.7 ± 1.4 Ma can also be interpreted as the formation age of this late brittle fault.Résumé grand publicLa circulation des fluides dans les roches fracturées est typique de nombreux processus géologiques, et très souvent est la conséquence de la fracturation des roches. Cette thèse aborde la question de la circulation des fluides pendant les dernières phases du soulèvement des Alpes. Après une analyse structurale de la fracturation directement sur le terrain, plusieurs méthodes géochimiques ont été appliquées pour comprendre l'interaction entre les différents fluides circulants, et avec leur propre roche mère. L'étude, concentrée sur trois directions principales, a été conduite dans la zone Pennique du Valais suisse. La première partie traite de la déformation cassante dans le secteur cité. L'analyse détaillée des fractures a permis de les subdiviser en structures minéralisées et non-minéralisées, sur quatre domaines différents. La comparaison entre les directions des structures minéralisées et non-minéralisées a permis de montrer que les premières suivent l'orientation des accidents tectoniques majeurs de la région, alors que les structures non- minéralisées ont une orientation plus variable. Cette différence pourrait être interprétée comme indication d'une dislocation tectonique (structures minéralisées) contre une dislocation gravitaire locale (structures non-minéralisées), mais elle n'est pas assez forte pour indiquer un âge relatif des structures tardives et/ou un changement de l'orientation des contraintes après -20 Ma vers le présent.A partir de ces observations, la deuxième étude est concentrée dans la région de la faille du Simplon. Les analyses géochimiques sur les minéraux remplissant les structures tardives indiquent qu'il y a deux différents systèmes de circulation des fluides dans les deux parties (toit et mur) de la faille. Dans le mur, les valeurs isotopiques des minéraux cristallisés à partir d'un fluide tardif sont les mêmes de ceux de la roche mère, donc il y a eu rééquilibration chimique entre fluide et roche pendant la fracturation de cette dernière et la précipitation des minéraux. Dans le toit, les valeurs isotopiques dans la roche mère et dans les minéraux des veines tardives sont comparables dans les parties Ν et S de la faille, où les roches du toit et du mur ont atteint une température maximale - pendant phase prograde de la formation des Alpes - comparable. Au contraire, dans la partie centrale, où le mur a atteint des températures maximales plus élevées par rapport au toit, les valeurs géochimiques des minéralisations tardives du toit sont parfois plus basses que les valeurs observées dans le mur. Ces données suggèrent que l'infiltration de l'eau de surface aurait pu se produire dans la partie plus fracturée du toit, où le déplacement relatif le long de la faille était majeur et les températures maximales mineures. Au contraire, les données géochimiques du mur de la partie centrale indiquent un système isotopique équilibré par la roche mère.La troisième partie de ce travail se base sur l'étude géochimique intégrée des isotopes stables d'Oxygène et radioactifs du Plomb, Uranium, Thorium et Hélium, auprès d'une faille normale minéralisée et des roches de la région à cheval entre deux nappes, la nappe de la Dent Blanche et la nappe de Tsaté. Ici, des petits zircons ont été trouvés dans la minéralisation citée, riche en hématite et quartz. L'analyse radiométrique Uranium/Plomb a montré que les zircons dans la minéralisation et dans les roches autour ont des âges comparables (autour 280 Ma). Cela signifie que les zircons dans la minéralisation tardive ont été hérités de la roche mère pendant la fracturation et la circulation des fluides tardives. De l'autre coté, les résultats des analyses Uranium-Thorium/Hélium indiquent que les âges de refroidissement pour les roches mères sont différents comparés aux âges de refroidissement pour les zircons dans la minéralisation tardive: ces derniers sont plus jeunes d'environ 8 Ma (autour 25 Ma et autour 17 Ma respectivement). Les analyses des isotopes de l'oxygène sur quartz et hématite dans la même minéralisation donnent une température de mise en place de cette dernière d'environ 170° C. La température de fermeture du système chimique des zircons dans le système (Uranium-Thorium)/Hélium est d'environ 180 °C: la proximité de ces deux températures implique que l'âge de refroidissement de la minéralisation tardive peut également être interprété comme âge de formation de la faille.

Evaluation of Crushed Limestone Rock as a Mulch Material, HR-171, 1975

Earthen fills and back slopes resulting from highway building and other construction projects pose problems with respect to erosion stabilization and establishing vegetation cover. Sediments from such slopes create stream pollution while the erosion itself results in maintenance problems. Furthermore, adverse conditions aggravated by erosion prevent satisfactory establishing of vegetative cover. A dense vegetative cover is very effective in controlling erosion but even with optimum weather and soil conditions there is a delay of about 10 weeks between seeding and the establishment of a vegetative cover. Under actual field conditions, 3 months to a year may elapse between completion of construction and establishment of a vegetative cover. A research project was initiated early in 1974 to determine the effectiveness of a rock mulch of crushed limestone aggregates in controlling soil losses on highway construction back slopes in Iowa and to find the influence of such treatments on stand establishment of grasses and legumes.

Mycorrhizal colonization and phenolic compounds accumulation on roots of Eucalyptus dunnii maiden inoculated with ectomycorrhizal fungi

Compatibility between Eucalyptus dunnii and the ectomycorrhizal fungi Hysterangium gardneri and Pisolithus sp. - from Eucalyptus spp. -, Rhizopogon nigrescens and Suillus cothurnatus - from Pinus spp.-, was studied in vitro. Pisolithus sp., H. gardneri and S. cothurnatus colonized the roots. Pisolithus sp. mycorrhizas presented mantle and Hartig net, while H. gardneri and S. cothurnatus mycorrhizas presented only mantle. S. cothurnatus increased phenolics level on roots. Pisolithus sp. and R. nigrescens decreased the level of these substances. The isolates from Eucalyptus seem to be more compatible towards E. dunnii than those from Pinus. The mechanisms involved could be related, at least in the cases of Pisolithus and Suillus, to the concentration of phenolics in roots.

Thin Asphalt Concrete Pavement on Crushed Rock Base - Cass County, Construction Report, HR-2075, 1997

The road paving cost continues to increase and the backlog of projects waiting for funding is growing. Finding a more cost-effective way to use the available money to pave roads will result in more miles of road being paved with the same amount of money. This project is in Cass County on G35 between US 71 and Norway-Center. It consists of a thin layer of asphalt over a base designed to achieve stability while having some permeability. This project was paved in 1996. An asphalt cement concrete pavement was chosen for the project based on cost, convenience, and historic portland cement concrete problems in Cass County. The new pavement gives quicker access time to farms and residences.

Evolution of the P-type II ATPase gene family in the fungi and presence of structural genomic changes among isolates of Glomus intraradices.

BACKGROUND: The P-type II ATPase gene family encodes proteins with an important role in adaptation of the cell to variation in external K+, Ca2+ and Na2+ concentrations. The presence of P-type II gene subfamilies that are specific for certain kingdoms has been reported but was sometimes contradicted by discovery of previously unknown homologous sequences in newly sequenced genomes. Members of this gene family have been sampled in all of the fungal phyla except the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF; phylum Glomeromycota), which are known to play a key-role in terrestrial ecosystems and to be genetically highly variable within populations. Here we used highly degenerate primers on AMF genomic DNA to increase the sampling of fungal P-Type II ATPases and to test previous predictions about their evolution. In parallel, homologous sequences of the P-type II ATPases have been used to determine the nature and amount of polymorphism that is present at these loci among isolates of Glomus intraradices harvested from the same field. RESULTS: In this study, four P-type II ATPase sub-families have been isolated from three AMF species. We show that, contrary to previous predictions, P-type IIC ATPases are present in all basal fungal taxa. Additionally, P-Type IIE ATPases should no longer be considered as exclusive to the Ascomycota and the Basidiomycota, since we also demonstrate their presence in the Zygomycota. Finally, a comparison of homologous sequences encoding P-type IID ATPases showed unexpectedly that indel mutations among coding regions, as well as specific gene duplications occur among AMF individuals within the same field. CONCLUSION: On the basis of these results we suggest that the diversification of P-Type IIC and E ATPases followed the diversification of the extant fungal phyla with independent events of gene gains and losses. Consistent with recent findings on the human genome, but at a much smaller geographic scale, we provided evidence that structural genomic changes, such as exonic indel mutations and gene duplications are less rare than previously thought and that these also occur within fungal populations.

Rock Island Centennial Bridge, Final Report on Construction of the Mississippi River Bridge Between Rock Island, Illinois and Davenport, Iowa, 1945

The Rock Island Centennial Bridge spanning the Mississippi River between Rock Island, Illinois and Davenport, Iowa was opened to traffic on July 12, 1940. It is a thoroughly modern, four-lane highway bridge, adequate in every respect for present day high speed passenger and transport traffic. The structure is ideally situated to provide rapid transit between the business districts of Rock Island and Davenport and serves not only the local or shuttle traffic in the Tri-City Area, but also heavy through motor travel on U.S. Highways 67 and 150. The Centennial Bridge is notable in several respects. The main spans are box girder rib tied arches, a type rather unusual in America and permitting simplicity in design with pleasing appearance. The Centennial Bridge is the only bridge across the Mississippi providing for four lanes of traffic with separation of traffic in each direction. It is a toll bridge operating alongside a free bridge and has the lowest rates of toll of any toll bridge on the Mississippi River. It was financed entirely by the City of Rock Island with no obligation on the taxpayers; there was no federal or state participation in the financing. But perhaps the most outstanding feature of the new bridge is its great need. A few remarks on the communities served by the new structure, the services rendered, and some statistics on cross-river traffic in the Tri-City Area will emphasize the reasons for constructing the Centennial Bridge.

Rapid genotypic change and plasticity in arbuscular mycorrhizal fungi is caused by a host shift and enhanced by segregation.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are among the most abundant symbionts of plants, improving plant productivity and diversity. They are thought to mostly grow vegetatively, a trait assumed to limit adaptability. However, AMF can also harbor genetically different nuclei (nucleotypes). It has been shown that one AMF can produce genotypically novel offspring with proportions of different nucleotypes. We hypothesized that (1) AMF respond rapidly to a change of environment (plant host) through changes in the frequency of nucleotypes; (2) genotypically novel offspring exhibit different genetic responses to environmental change than the parent; and (3) genotypically novel offspring exhibit a wide range of phenotypic plasticity to a change of environment. We subjected AMF parents and offspring to a host shift. We observed rapid and large genotypic changes in all AMF lines that were not random. Genotypic and phenotypic responses were different among offspring and their parents. Even though growing vegetatively, AMF offspring display a broad range of genotypic and phenotypic changes in response to host shift. We conclude that AMF have the ability to rapidly produce variable progeny, increasing their probability to produce offspring with different fitness than their parents and, consequently, their potential adaptability to new environmental conditions. Such genotypic and phenotypic flexibility could be a fast alternative to sexual reproduction and is likely to be a key to the ecological success of AMF.

Effects of the relatedness of arbuscular mycorrhizal fungi on associated species ecology

More than 80 % of vascular plants in the world form symbioses with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). AMF supply plants with nutrients such as phosphate and nitrogen, and can also help the plants to take up water. Hence, the symbiosis can greatly influence the growth and the defence of plants. By modifying plant productivity and diversity, AMF are considered as keystone species in ecosystems, playing a role that ultimately affects many food webs. This is why mycorrhizal symbioses have been investigated for several decades by many research groups.¦However, a large part of the scientific research done on AMF symbiosis has focused on the interaction between one plant and one fungus. This situation is far from realistic, as in natural ecosystems, many different fungal strains and species are co-existing and interacting in a belowground network. The main goal of this PhD was to investigate first, the interaction occurring among different co-existing AMF depending on their genetic relatedness and second, the outcome of the interaction and their effects on associated species.¦We found that AMF genetic relatedness partly explains the interaction among AMF, and this was in agreement with theories made for completely different species. Briefly, we demonstrated that AMF isolates of the same species coexisted more easily when they were closely-related, whereas AMF from different species were more in competition in this case of high relatedness. We also demonstrated that coexistence and competition among AMF can mediate plant growth as well as herbivore behaviour, opening new insights in our understanding of AMF effects on ecosystem functioning.¦Overall, the results of the different experiments of this PhD highlight the necessity of using multiple AMF to understand their interactions. Even so, we demonstrated here that simple species richness is not enough to understand these interactions and genetic relatedness among the co-existing AMF is a parameter that must be taken into account.¦-¦Sur Terre, plus de 80 % des plantes vasculaires forment des symbioses avec des champignons endomycorhiziens à arbuscules (CEA). Ces CEA permettent aux plantes d'acquérir plus facilement des nutriments tels que des phosphates, des nitrates, ou simplement de l'eau. Ainsi, cette symbiose peut avoir un effet important à la fois sur la croissance mais aussi sur la défense des plantes. En modulant la productivité et la diversité des plantes, les CEA sont donc des espèces clefs dans l'écosystème. Leur présence peut avoir des répercussions sur l'ensemble des réseaux trophiques. C'est pourquoi de nombreuses équipes de recherches étudient ces symbioses mycorhizienes depuis plusieurs décennies.¦La plupart des études concernant ces symbioses se sont focalisées sur l'action d'une espèce de CEA sur une espèce de plante. Malheureusement, cette situation ne correspond pas à ce que l'on peut retrouver dans la nature, où de nombreuses souches et de nombreuses espèces de CEA coexistent et interagissent dans un réseau mycélien souterrain. Le principal but de cette thèse était d'étudier, premièrement les interactions entre les différent CEA en fonction de leur apparentement génétique, et deuxièmement, d'étudier l'effet de ces interactions fongiques sur l'écologie des espèces associées.¦Au cours des différentes expériences de cette thèse, nous avons démontré que l'apparentement génétique entre les CEA expliquait une part non négligeable de leurs interactions. En résumé, plus l'apparentement génétique entre des souches de CEA d'une même espèce sera grand, plus ces souches seront capables de coexister. En revanche, s'il s'agit d'espèces différentes de CEA, plus elles seront apparentées, plus la compétition sera grande entre elles. Nous avons également démontré que la coexistence et la compétition entre différents CEA peut modifier à la fois la croissance des plantes mais aussi le comportement de leur prédateurs, ce qui ouvre de nouvelles perspectives sur notre compréhension des effets des CEA dans le fonctionnement des écosystèmes.¦Globalement, les résultats de nos différentes expériences mettent en évidence la nécessité d'utiliser plusieurs souches ou espèces de CEA pour mieux comprendre leurs interactions. Quand bien même, nos expériences démontrent que le simple recensement du nombre d'espèces de CEA n'est pas suffisant pour comprendre les interactions et que l'apparentement génétique des CEA coexistants est un paramètre qui doit être pris en compte.

Characterization of the surface hydrophobicity of filamentous fungi.

A method for the quantitative analysis of the hydrophobicity of the mycelial mat of filamentous fungi based on contact angle measurements is presented. It was tested for a range of fungi belonging to the classes of basidiomycetes, ascomycetes and deuteromycetes. The measured contact angles of the mycelial mats ranged between hydrophilic (<30 degrees) for the deuteromycetes Fusarium oxysporum Fo47 GUS1 and Trichoderma harzianum P1[pZEGA1] and hydrophobic (>60 degrees) for the ascomycete Cladosporium sp. DSE48.1b and the basidiomycetes Paxillus involutus WSL 37.7, Hebeloma crustiliniforme WSL 6.2, Suillus bovinus WSL 48.1 and Laccaria bicolor WSL 73.1. For some fungi, variations in the hydrophobicity of the mycelium depending on the growth medium, the physiological state and the exposure to water were distinguished.

Issue review : Cedar Rock State Park.

This issue review provides an overview of Cedar Rock State Park, that is part of Iowa's park system and managed by the Department of Natural Resources, or DNR.