Magnetic extracts of three gravity cores located at the Ceará Rise, the Mid-Atlantic Ridge and the Sierra Leone Rise

The magnetic microparticle and nanoparticle inventories of marine sediments from equatorial Atlantic sites were investigated by scanning and transmission electron microscopy to classify all present detrital and authigenic magnetic mineral species and to investigate their regional distribution, origin, transport, and preservation. This information is used to establish source-to-sink relations and to constrain environmental magnetic proxy interpretations for this area. Magnetic extracts were prepared from sediments of three supralysoclinal open ocean gravity cores located at the Ceará Rise (GeoB 1523-1; 3°49.9'N/41°37.3'W), the Mid-Atlantic Ridge (GeoB 4313-2; 4°02.8'N/33°26.3'W), and the Sierra Leone Rise (GeoB 2910-1; 4°50.7'N/21°03.2'W). Sediments from two depths corresponding to marine isotope stages 4 and 5.5 were processed. This selection represents glacial and interglacial conditions of sedimentation for the western, central, and eastern equatorial Atlantic and avoids interferences from subsurface and anoxic processes. Crystallographic, elemental, morphological, and granulometric data of more than 2000 magnetic particles were collected by scanning and transmission electron microscopy. On basis of these properties, nine particle classes could be defined: detrital magnetite, titanomagnetite (fragmental and euhedral), titanomagnetite-hemoilmentite intergrowths, silicates with magnetic inclusions, microcrystalline hematite, magnetite spherules, bacterial magnetite, goethite needles, and nanoparticle clusters. Each class can be associated with fluvial, eolian, subaeric, and submarine volcanic, biogenic, or chemogenic sources. Large-scale sedimentation patterns are delineated as well: detrital magnetite is typical of Amazon discharge, fragmental titanomagnetite is a submarine weathering product of mid-ocean ridge basalts, and titanomagnetite-hemoilmenite intergrowths are common magnetic particles in West African dust. This clear regionalization underlines that magnetic petrology is an excellent indicator of source-to-sink relations. Hematite encrustations, magnetic spherules, and nanoparticle clusters were found at all investigated sites, while bacterial magnetite and authigenic hematite were only detected at the more oxic western site. At the eastern site, surface pits and crevices were seen on the crystal faces indicating subtle early diagenetic reductive dissolution. It was observed that paleoclimatic signatures of magnetogranulometric parameters such as the ratio of anhysteretic and isothermal remanent magnetizations can be formed either by mixing of multiple sources with separate, relatively narrow grain size ranges (western site) or by variable sorting of a single source with a broad grain size distribution (eastern site). Hematite, goethite, and possibly ferrihydrite nanoparticles occur in all sediment cores studied and have either high-coercive or superparamagnetic properties depending on their partly ultrafine grain sizes. These two magnetic fractions are generally discussed as separate fractions, but we suggest that they could actually be genetically linked.

Isotope analysis and heat flow measurements of Maria S. Merian cruise MSM21/4 on the western Svalbard margin

Methane hydrate is an ice-like substance that is stable at high-pressure and low temperature in continental margin sediments. Since the discovery of a large number of gas flares at the landward termination of the gas hydrate stability zone off Svalbard, there has been concern that warming bottom waters have started to dissociate large amounts of gas hydrate and that the resulting methane release may possibly accelerate global warming. Here, we can corroborate that hydrates play a role in the observed seepage of gas, but we present evidence that seepage off Svalbard has been ongoing for at least three thousand years and that seasonal fluctuations of 1-2°C in the bottom-water temperature cause periodic gas hydrate formation and dissociation, which focus seepage at the observed sites.

Germanium content in marine sediments

In the geosphere, germanium (Ge) has a chemical behavior close to that of silicon (Si), and Ge commonly substitutes for Si (in small proportions) in silicates. Studying the evolution of the respective proportions of Ge and Si through time allows us to better constrain the global Si cycle. The marine inventory of Ge present as dissolved germanic acid is facing two main sinks known through the study of present sediments: 1) incorporation into diatom frustules and transfer to sediments by these "shuttles", 2) capture of Ge released to pore water through frustule dissolution by authigenic mineral phases forming within reducing sediments. Our goals are to determine whether such a bio-induced transfer of Ge is also achieved by radiolarian and whether Ge could be trapped directly from seawater into authigenic phases with no intervention of opal-secreting organisms (shuttles). To this end, we studied two Paleozoic radiolarite formations and geological formations dated of Devonian, Jurassic and Cretaceous, deposited under more or less drastic redox conditions. Our results show that the Ge/Si values observed for these radiolarites are close to (slightly above) those measured from modern diatoms and sponges. In addition, our results confirm what is observed with some present-day reducing sediments: the ancient sediments that underwent reducing depositional conditions are authigenically enriched in Ge. Furthermore, it is probable that at least a part of the authigenic Ge came directly from seawater. The recurrence and extent (through time and space) of anoxic conditions affecting sea bottoms have been quite important through the geological times; consequently, the capture of Ge by reducing sediments must have impacted Ge distribution and in turn, the evolution of the seawater Ge/Si ratio.

Biogeochemical and physico-chemical characteristics in the gulf of Trieste, Italy

In this paper we investigated, for two years and with a bi-monthly frequency, how physical, chemical, and biological processes affect the marine carbonate system in a coastal area characterized by high alkalinity riverine discharge (Gulf of Trieste, northern Adriatic Sea, Mediterranean Sea).

Upper-Pleistocene terrace deposits in Mediterranean climate: geomorphological and source-rock control on mineral and geochemical signatures (Betic Cordillera, SE Spain)

Mineral and chemical composition of alluvial Upper-Pleistocene deposits from the Alto Guadalquivir Basin (SE Spain) were studied as a tool to identify sedimentary and geomorphological processes controlling its formation. Sediments located upstream, in the north-eastern sector of the basin, are rich in dolomite, illite, MgO and KB2BO. Downstream, sediments at the sequence base are enriched in calcite, smectite and CaO, whereas the upper sediments have similar features to those from upstream. Elevated rare-earth elements (REE) values can be related to low carbonate content in the sediments and the increase of silicate material produced and concentrated during soil formation processes in the neighbouring source areas. Two mineralogical and geochemical signatures related to different sediment source areas were identified. Basal levels were deposited during a predominantly erosive initial stage, and are mainly composed of calcite and smectite materials enriched in REE coming from Neogene marls and limestones. Then the deposition of the upper levels of the alluvial sequences, made of dolomite and illitic materials depleted in REE coming from the surrounding Sierra de Cazorla area took place during a less erosive later stage of the fluvial system. Such modification was responsible of the change in the mineralogical and geochemical composition of the alluvial sediments.

Vermiculitas tratadas quimicamente na obtenção de sólidos microporosos como precursores para híbridos inorgânico-orgânicos com aplicações adsortivas

ALVES, Ana paula Melo. Vermiculitas tratadas quimicamente na obtenção de sólidos microporosos como precursores para híbridos inorgânico-orgânicos com aplicações adsortivas. 2009. 124 f. Tese (Doutorado em Quimica) - Centro de Ciências Exatas e da Natureza, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, PB, 2009.

Nanoindentation Relaxation Study and Micromechanics of Cement-Based Materials

Ce travail évalue le comportement mécanique des matériaux cimentaires à différentes échelles de distance. Premièrement, les propriétés mécaniques du béton produit avec un bioplastifiant à base de microorganismes efficaces (EM) sont etudiées par nanoindentation statistique, et comparées aux propriétés mécaniques du béton produit avec un superplastifiant ordinaire (SP). Il est trouvé que l’ajout de bioplastifiant à base de produit EM améliore la résistance des C–S–H en augmentant la cohésion et la friction des nanograins solides. L’analyse statistique des résultats d’indentation suggère que le bioplastifiant à base de produit EM inhibe la précipitation des C–S–H avec une plus grande fraction volumique solide. Deuxièmement, un modèle multi-échelles à base micromécanique est dérivé pour le comportement poroélastique de la pâte de ciment au jeune age. L’approche proposée permet d’obtenir les propriétés poroélastiques requises pour la modélisation du comportoment mécanique partiellement saturé des pâtes de ciment viellissantes. Il est montré que ce modèle prédit le seuil de percolation et le module de Young non drainé de façon conforme aux données expérimentales. Un metamodèle stochastique est construit sur la base du chaos polynomial pour propager l’incertitude des paramètres du modèle à travers plusieurs échelles de distance. Une analyse de sensibilité est conduite par post-traitement du metamodèle pour des pâtes de ciment avec ratios d’eau sur ciment entre 0.35 et 0.70. Il est trouvé que l’incertitude sous-jacente des propriétés poroélastiques équivalentes est principalement due à l’énergie d’activation des aluminates de calcium au jeune age et, plus tard, au module élastique des silicates de calcium hydratés de basse densité.

Séquestration géologique du CO2 par carbonatation minérale dans les résidus miniers

La carbonatation minérale dans les résidus miniers est un moyen sûr et permanent de séquestrer le CO2 atmosphérique. C’est un processus naturel et passif qui ne nécessite aucun traitement particulier et donc avantageux d’un point de vue économique. Bien que la quantité de CO2 qu’il soit possible de séquestrer selon ce processus est faible à l’échelle globale, dans le cadre d’un marché du carbone, les entreprises minières pourraient obtenir des crédits et ainsi revaloriser leurs résidus. À l’heure actuelle, il y a peu d’informations pour quantifier le potentiel de séquestration du CO2 de façon naturelle et passive dans les piles de résidus miniers. Il est donc nécessaire d’étudier le phénomène pour comprendre comment évolue la réaction à travers le temps et estimer la quantité de CO2 qui peut être séquestrée naturellement dans les piles de résidus. Plusieurs travaux de recherche se sont intéressés aux résidus miniers de Thetford Mines (Québec, Canada), avec une approche principalement expérimentale en laboratoire. Ces travaux ont permis d’améliorer la compréhension du processus de carbonatation, mais ils nécessitent une validation à plus grande échelle sous des conditions atmosphériques réelles. L’objectif général de cette étude est de quantifier le processus de carbonatation minérale des résidus miniers sous des conditions naturelles, afin d’estimer la quantité de CO2 pouvant être piégée par ce processus. La méthodologie utilisée repose sur la construction de deux parcelles expérimentales de résidus miniers situées dans l’enceinte de la mine Black Lake (Thetford Mines). Les résidus miniers sont principalement constitués de grains et de fibres de chrysotile et lizardite mal triés, avec de petites quantités d’antigorite, de brucite et de magnétite. Des observations spatiales et temporelles ont été effectuées dans les parcelles concernant la composition et la pression des gaz, la température des résidus, la teneur en eau volumique, la composition minérale des résidus ainsi que la chimie de l’eau des précipitations et des lixiviats provenant des parcelles. Ces travaux ont permis d’observer un appauvrissement notable du CO2 dans les gaz des parcelles (< 50 ppm) ainsi que la précipitation d’hydromagnésite dans les résidus, ce qui suggère que la carbonatation minérale naturelle et passive est un processus potentiellement important dans les résidus miniers. Après 4 ans d’observations, le taux de séquestration du CO2 dans les parcelles expérimentales a été estimé entre 3,5 et 4 kg/m3/an. Ces observations ont permis de développer un modèle conceptuel de la carbonatation minérale naturelle et passive dans les parcelles expérimentales. Dans ce modèle conceptuel, le CO2 atmosphérique (~ 400 ppm) se dissout dans l’eau hygroscopique contenue dans les parcelles, où l’altération des silicates de magnésium forme des carbonates de magnésium. La saturation en eau dans les cellules est relativement stable dans le temps et varie entre 0,4 et 0,65, ce qui est plus élevé que les valeurs de saturation optimales proposées dans la littérature, réduisant ainsi le transport de CO2 dans la zone non saturée. Les concentrations de CO2 en phase gazeuse, ainsi que des mesures de la vitesse d’écoulement du gaz dans les cellules suggèrent que la réaction est plus active près de la surface et que la diffusion du CO2 est le mécanisme de transport dominant dans les résidus. Un modèle numérique a été utilisé pour simuler ces processus couplés et valider le modèle conceptuel avec les observations de terrain. Le modèle de transport réactif multiphase et multicomposant MIN3P a été utilisé pour réaliser des simulations en 1D qui comprennent l’infiltration d’eau à travers le milieu partiellement saturé, la diffusion du gaz, et le transport de masse réactif par advection et dispersion. Même si les écoulements et le contenu du lixivat simulés sont assez proches des observations de terrain, le taux de séquestration simulé est 22 fois plus faible que celui mesuré. Dans les simulations, les carbonates précipitent principalement dans la partie supérieure de la parcelle, près de la surface, alors qu’ils ont été observés dans toute la parcelle. Cette différence importante pourrait être expliquée par un apport insuffisant de CO2 dans la parcelle, qui serait le facteur limitant la carbonatation. En effet, l’advection des gaz n’a pas été considérée dans les simulations et seule la diffusion moléculaire a été simulée. En effet, la mobilité des gaz engendrée par les fluctuations de pression barométrique et l’infiltration de l’eau, ainsi que l’effet du vent doivent jouer un rôle conséquent pour alimenter les parcelles en CO2.