Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post- solidus reequilibration on cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Evolutionary forces affect multigenomic arbuscular mycorhizal fungi : an experimental approach using Glomus intraradices

Abstract Arbuscular Mycorhizal Fungi (AMF) are important plant symbionts that can improve floristic diversity and ecosystem productivity. These important fungi are obligate biotrophs and form symbioses with roots of the majority of plant species, improving plant nutrient acquisition in exchange of photosynthates. AM fungi are successful both ecologically as they occupy a very large spectrum of environments as well as host range and evolutionarily, as this symbiosis is over 400 million years old. These fungi grow and reproduce clonally by hyphae and multinucleate spores. AMF are coenocytic and recent work has shown that they harbor genetically different nuclei and that AMF populations are genetically diverse. How AMF species diversity is maintained has been addressed theoretically and experimentally at the community level. Much less attention has been drawn to understand how genetic diversity is maintained within populations although closely related individuals are more likely to compete for the same resources and occupy similar niches. How infra-individual genetic diversity is shaped and maintained has received even less attention. In Chapter 2, we show that individuals from a field population may differ in their symbiotic efficiency under reduced phosphate availability: We show there is genetic variation in an AMF field population for fitness-related growth traits in response to different phosphate availability acid host species. Furthermore, AFLP fingerprints of the same individuals growing in contrasting environments diverged suggesting that the composition in nuclei of AMF is dynamical and affected by environmental factors. Thus environmental heterogeneity is likely to play an important role for the maintenance of genetic diversity at the population level. In Chapter 3 we show that single spores do not inherit necessarily the same genetic material. We have found genetic divergences using two different types of molecular marker, as well as phenotypic divergences among single spore lines. Our results stress the importance of considering these organisms as a multilevel hierarchical system and of better knowing their life cycle. They have important consequences for the understanding of AMF genetics, ecology and the development of commercial AMF inocculum. Résumé Les champignons endomycorhiziens arbusculaires (CEA) sont d'importants symbiontes pour les plantes, car ils augmentent la diversité et la productivité des écosystèmes. Ces importants symbiontes sont des biotrophes obligatoires et forment une symbiose avec la plupart des plantes terrestres. Ils améliorent l'acquisition de substances nutritives de leurs hôtes en échange de sucres obtenus par photosynthèse. Ces champignons ont un grand succès écologique, ils colonisent une grande rangée d'environnements ainsi que d'hôtes. Ils ont aussi un succès évolutif certain de part le fait que cette symbiose existe depuis plus de 400 millions d'années. Les CEA sont asexués et croissent clonalement en formant des hyphes et des spores multinuclées. Les CEA sont des coenocytes et des travaux de recherche récents ont montré qu'ils possèdent des noyaux génétiquement différents. D'autres travaux ont aussi révélé que les populations de CEA sont génétiquement diversifiées. Comment la diversité des CEA est maintenue a seulement été adressée par des études théoriques et expérimentalement au niveau des communautés. Très peu d'attention a été portée sur le maintien de la diversité génétique infra et inter populationnelle, or ce sont les individus les plus proches génétiquement qui vont entrer en compétition pour des ressources et niches similaires. La formation et le maintien de la diversité intra-individu des CEA a reçu très peu d'attention. Dans le chapitre 2, nous montrons que des individus CEA d'un même champ différent dans leur efficacité symbiotique lorsque la concentration en phosphoré est réduite. Nous montrons qu'il existe de la variance génétique dans une population de CEA provenant d'un même champ en réponse à différentes concentrations de phosphore, ainsi qu'en réponse à différentes espèces d'hôtes, et ceci pour des traits de croissance vraisemblablement liés au succès reproducteur. De plus grâce à des AFLP nous avons pu montrer que le génome de ces individus subissent des changements lorsqu'ils croissent dans des environnements contrastés. Ceci suggère que les noyaux génétiquement différents des CEA sont des entités dynamiques. Il est fort probable que l'hétérogénéité environnementale joue un rôle dans le maintien de la diversité génétique des populations de CEA. Dans le chapitre 3, nous montrons que toutes les spores d'un même mycélium parental de CEA ne reçoivent pas exactement le même contenu génétique. Nous avons mis en évidence des divergences entre des Lignées monosporales en utilisant deux types de marqueur moléculaires, ainsi que des différences phénotypiques. Nos résutats soulignent l'importance de considézer ces organismes comme dés systëmes hiérarchiques mufti-niveaux, ainsi que de mieux connaître leur cycle de vie. Nos résultats ont d'importantes conséquences pour la compréhension du système génétique des CEA, ainsi que de leur évolution, leur écológie, mais également des conséquences pour la production d' inoccultim commercial.

Sur une conception nouvelle des forces intérieures dans un fluide en mouvement / par M. Stanislas Zaremba,...

Collection : Mémorial des sciences mathématiques ; fasc. 82

Quantitative comparison of simulations of seismic wave propagation in heterogeneous poro-elastic media involving fluid-solid interfaces and in equivalent visco-elastic solids

There is increasing evidence to suggest that the presence of mesoscopic heterogeneities constitutes the predominant attenuation mechanism at seismic frequencies. As a consequence, centimeter-scale perturbations of the subsurface physical properties should be taken into account for seismic modeling whenever detailed and accurate responses of the target structures are desired. This is, however, computationally prohibitive since extremely small grid spacings would be necessary. A convenient way to circumvent this problem is to use an upscaling procedure to replace the heterogeneous porous media by equivalent visco-elastic solids. In this work, we solve Biot's equations of motion to perform numerical simulations of seismic wave propagation through porous media containing mesoscopic heterogeneities. We then use an upscaling procedure to replace the heterogeneous poro-elastic regions by homogeneous equivalent visco-elastic solids and repeat the simulations using visco-elastic equations of motion. We find that, despite the equivalent attenuation behavior of the heterogeneous poro-elastic medium and the equivalent visco-elastic solid, the seismograms may differ due to diverging boundary conditions at fluid-solid interfaces, where there exist additional options for the poro-elastic case. In particular, we observe that the seismograms agree for closed-pore boundary conditions, but differ significantly for open-pore boundary conditions. This is an interesting result, which has potentially important implications for wave-equation-based algorithms in exploration geophysics involving fluid-solid interfaces, such as, for example, wave field decomposition.

Effects of the playing surface on plantar pressures during the first serve in tennis.

PURPOSE: This study aimed at examining the influence of different playing surfaces on in-shoe loading patterns in each foot (back and front) separately during the first serve in tennis. METHODS: Ten competitive tennis players completed randomly five first (ie, flat) serves on two different playing surfaces: clay vs GreenSet. Maximum and mean force, peak and mean pressure, mean area, contact area and relative load were recorded by Pedar insoles divided into 9 areas for analysis. RESULTS: Mean pressure was significantly lower (123 ± 30 vs 98 ± 26 kPa; -18.5%; P < .05) on clay than on GreenSet when examining the entire back foot. GreenSet induced higher mean pressures under the medial forefoot, lateral forefoot and hallux of the back foot (+9.9%, +3.5% and +15.9%, respectively; both P < .01) in conjunction with a trend toward higher maximal forces in the back hallux (+15.1%, P = .08). Peak pressures recorded under the central and lateral forefoot (+21.8% and +25.1%; P < .05) of the front foot but also the mean area values measured on the back medial and lateral midfoot were higher (P < .05) on clay. No significant interaction between foot region and playing surface on relative load was found. CONCLUSIONS: It is suggested that in-shoe loading parameters characterizing the first serve in tennis are adjusted according to the ground type surface. A lesser asymmetry in peak (P < .01) and mean (P < .001) pressures between the two feet was found on clay, suggesting a greater need for stability on this surface.

Brownian dynamics simulation of DNA condensation.

DNA condensation observed in vitro with the addition of polyvalent counterions is due to intermolecular attractive forces. We introduce a quantitative model of these forces in a Brownian dynamics simulation in addition to a standard mean-field Poisson-Boltzmann repulsion. The comparison of a theoretical value of the effective diameter calculated from the second virial coefficient in cylindrical geometry with some experimental results allows a quantitative evaluation of the one-parameter attractive potential. We show afterward that with a sufficient concentration of divalent salt (typically approximately 20 mM MgCl(2)), supercoiled DNA adopts a collapsed form where opposing segments of interwound regions present zones of lateral contact. However, under the same conditions the same plasmid without torsional stress does not collapse. The condensed molecules present coexisting open and collapsed plectonemic regions. Furthermore, simulations show that circular DNA in 50% methanol solutions with 20 mM MgCl(2) aggregates without the requirement of torsional energy. This confirms known experimental results. Finally, a simulated DNA molecule confined in a box of variable size also presents some local collapsed zones in 20 mM MgCl(2) above a critical concentration of the DNA. Conformational entropy reduction obtained either by supercoiling or by confinement seems thus to play a crucial role in all forms of condensation of DNA.

Effects of the transition time between muscle-tendon stretch and shortening on mechanical efficiency.

The net mechanical efficiency of positive work (eta(pos)) has been shown to increase if it is immediately preceded by negative work. This phenomenon is explained by the storage of elastic energy during the negative phase and its release during the subsequent positive phase. If a transition time (T) takes place, the elastic energy is dissipated into heat. The aim of the present study was to investigate the relationship between eta(pos) and T, and to determine the minimal T required so that eta(pos) reached its minimal value. Seven healthy male subjects were tested during four series of lowering-raising of the body mass. In the first series (S (0)), the negative and positive phases were executed without any transition time. In the three other series, T was varied by a timer (0.12, 0.24 and 0.56 s for series S (1), S (2) and S (3), respectively). These exercises were performed on a force platform sensitive to vertical forces to measure the mechanical work and a gas analyser was used to determine the energy expenditure. The results indicated that eta(pos) was the highest (31.1%) for the series without any transition time (S (0)). The efficiencies observed with transition times (S (1), S (2) and S (3)) were 27.7, 26.0 and 23.8%, respectively, demonstrating that T plays an important role for mechanical efficiency. The investigation of the relationship between eta(pos) and T revealed that the minimal T required so that eta(pos) reached its minimal value is 0.59 s.

Elongation behaviour of elastic stitch types in household sewing machines: stretch-stitches versus serger overlock stitces

Lectio praecursoria

A pseudo-spectral method for simulating of poro-elastic seismic wave propagation in complex borehole environments

We present a novel numerical approach for the comprehensive, flexible, and accurate simulation of poro-elastic wave propagation in cylindrical coordinates. An important application of this method is the modeling of complex seismic wave phenomena in fluid-filled boreholes, which represents a major, and as of yet largely unresolved, computational problem in exploration geophysics. In view of this, we consider a numerical mesh consisting of three concentric domains representing the borehole fluid in the center, the borehole casing and the surrounding porous formation. The spatial discretization is based on a Chebyshev expansion in the radial direction, Fourier expansions in the other directions, and a Runge-Kutta integration scheme for the time evolution. A domain decomposition method based on the method of characteristics is used to match the boundary conditions at the fluid/porous-solid and porous-solid/porous-solid interfaces. The viability and accuracy of the proposed method has been tested and verified in 2D polar coordinates through comparisons with analytical solutions as well as with the results obtained with a corresponding, previously published, and independently benchmarked solution for 2D Cartesian coordinates. The proposed numerical solution also satisfies the reciprocity theorem, which indicates that the inherent singularity associated with the origin of the polar coordinate system is handled adequately.

The sampling of ignitable liquids on suspects' hands

In arson cases, the collection and detection of traces of ignitable liquids on a suspect's hands can provide information to a forensic investigation. Police forces currently lack a simple, robust, efficient and reliable solution to perform this type of swabbing. In this article, we describe a study undertaken to develop a procedure for the collection of ignitable liquid residues on the hands of arson suspects. Sixteen different collection supports were considered and their applicability for the collection of gasoline traces present on hands and their subsequent analysis in a laboratory was evaluated. Background contamination, consisting of volatiles emanating from the collection supports, and collection efficiencies of the different sampling materials were assessed by passive headspace extraction with an activated charcoal strip (DFLEX device) followed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis. After statistical treatment of the results, non-powdered latex gloves were retained as the most suitable method of sampling. On the basis of the obtained results, a prototype sampling kit was designed and tested. This kit is made of a three compartment multilayer bag enclosed in a sealed metal can and containing three pairs of non-powdered latex gloves: one to be worn by the sampler, one consisting of a blank sample and the last one to be worn by the person suspected to have been in contact with ignitable liquids. The design of the kit was developed to be efficient in preventing external and cross-contaminations.

Importance of the subscapularis muscle after total shoulder arthroplasty.

BACKGROUND: The rotator cuff muscles are the main stabilizer of the glenohumeral joint. After total shoulder arthroplasty using anterior approaches, a dysfunction of the subscapularis muscle has been reported. In the present paper we tested the hypothesis that a deficient subscapularis following total shoulder arthroplasty can induce joint instability. METHODS: To test this hypothesis we have developed an EMG-driven musculoskeletal model of the glenohumeral joint. The model was based on an algorithm that minimizes the difference between measured and predicted muscular activities, while satisfying the mechanical equilibrium of the glenohumeral joint. A movement of abduction in the scapular plane was simulated. We compared a normal and deficient subscapularis. Muscle forces, joint force, contact pattern and humeral head translation were evaluated. FINDINGS: To satisfy the mechanical equilibrium, a deficient subscapularis induced a decrease of the force of the infraspinatus muscle. This force decrease was balanced by an increase of the supraspinatus and middle deltoid. As a consequence, the deficient subscapularis induced an upward migration of the humeral head, an eccentric contact pattern and higher stress within the cement. INTERPRETATION: These results confirm the importance of the suscapularis for the long-term stability of total shoulder arthroplasty.