Mass-transport deposits on Mediterranean continental margins

Extensive mass transport deposits and multiple slide scars testify widespread and recurrent submarine sediment failures occurring during the late Quaternary on the SW-Adriatic and SE-Sicilian margins. These mass movements and their consequences contributed to shape the continental slopes and fill the basins with characteristic signatures. Geomorphological, seismo-stratigraphic, sedimentological and biostratigraphic data provide clues to: 1) define distinct failure mechanisms investigating on factors that determine dissimilar organization of coeval displaced masses, 2) reconstruct successive phases of failure stressing on the same location where slide scars crosscut and mass-transport deposits overlap, 3) analyze regional setting and indicate the most suitable place where to calculate mass wasting frequency. Discussions on the role of fluid flow, currents activity and tectonic deformation determine a wider view on the construction of the studied continental margins.

High-resolution stratigraphy of Central and Southern Adriatic Quaternary deposits of sub-Milankovian climate change on Mediterranean circulation

This volume is a collection of the work done in a three years-lasting PhD, focused in the analysis of Central and Southern Adriatic marine sediments, deriving from the collection of a borehole and many cores, achieved thanks to the good seismic-stratigraphic knowledge of the study area. The work was made out within European projects EC-EURODELTA (coordinated by Fabio Trincardi, ISMAR-CNR), EC-EUROSTRATAFORM (coordinated by Phil P. E. Weaver, NOC, UK), and PROMESS1 (coordinated by Serge Bernè, IFREMER, France). The analysed sedimentary successions presented highly expanded stratigraphic intervals, particularly for the last 400 kyr, 60 kyr and 6 kyr BP. These three different time-intervals resulted in a tri-partition of the PhD thesis. The study consisted of the analysis of planktic and benthic foraminifers’ assemblages (more than 560 samples analysed), as well as in preparing the material for oxygen and carbon stable isotope analyses, and interpreting and discussing the obtained dataset. The chronologic framework of the last 400 kyr was achieved for borehole PRAD1-2 (within the work-package WP6 of PROMESS1 project), collected in 186.5 m water depth. The proposed chronology derives from a multi-disciplinary approach, consisting of the integration of numerous and independent proxies, some of which analysed by other specialists within the project. The final framework based on: micropaleontology (calcareous nannofossils and foraminifers’ bioevents), climatic cyclicity (foraminifers’ assemblages), geochemistry (oxygen stable isotope, made out on planktic and benthic records), paleomagnetism, radiometric ages (14C AMS), teprhochronology, identification of sapropel-equivalent levels (Se). It’s worth to note the good consistency between the oxygen stable isotope curve obtained for borehole PRAD1-2 and other deeper Mediterranean records. The studied proxies allowed the recognition of all the isotopic intervals from MIS10 to MIS1 in PRAD1-2 record, and the base of the borehole has been ascribed to the early MIS11. Glacial and interglacial intervals identified in the Central Adriatic record have been analysed in detail for the paleo-environmental reconstruction, as well. For instance, glacial stages MIS6, MIS8 and MIS10 present peculiar foraminifers’ assemblages, composed by benthic species typical of polar regions and no longer living in the Central Adriatic nowadays. Moreover, a deepening trend in the paleo-bathymetry during glacial intervals was observed, from MIS10 (inner-shelf environment) to MIS4 (mid-shelf environment).Ten sapropel-equivalent levels have been recognised in PRAD1-2 Central Adriatic record. They showed different planktic foraminifers’ assemblages, which allowed the first distinction of events occurred during warm-climate (Se5, Se7), cold-climate (Se4, Se6 and Se8) and temperate-intermediate-climate (Se1, Se3, Se9, Se’, Se10) conditions, consistently with literature. Cold-climate sapropel equivalents are characterised by the absence of an oligotrophic phase, whereas warm-temeprate-climate sapropel equivalents present both the oligotrophic and the eutrophic phases (except for Se1). Sea floor conditions vary, according to benthic foraminifers’ assemblages, from relatively well oxygenated (Se1, Se3), to dysoxic (Se9, Se’, Se10), to highly dysoxic (Se4, Se6, Se8) to events during which benthic foraminifers are absent (Se5, Se7). These two latter levels are also characterised by the lamination of the sediment, feature never observed in literature in such shallow records. The enhanced stratification of the water column during the events Se8, Se7, Se6, Se5, Se4, and the concurring strong dilution of shallow water, pointed out by the isotope record, lead to the hypothesis of a period of intense precipitation in the Central Adriatic region, possibly due to a northward shift of the African Monsoon. Finally, the expression of Central Adriatic PRAD1-2 Se5 equivalent was compared with the same event, as registered in other Eastern Mediterranean areas. The sequence of substantially the same planktic foraminifers’ bioevents has been consistently recognised, indicating a similar evolution of the water column all over the Eastern Mediterranean; yet, the synchronism of these events cannot be demonstrated. A high resolution analysis of late Holocene (last 6000 years BP) climate change was carried out for the Adriatic area, through the recognition of planktic and benthic foraminifers’ bioevents. In particular, peaks of planktic Globigerinoides sacculifer (four during the last 5500 years BP in the most expanded core) have been interpreted, based on the ecological requirements of this species, as warm-climate, arid intervals, correspondent to periods of relative climatic optimum, such as, for instance, the Medieval Warm Period, the Roman Age, the Late Bronze Age and the Copper Age. Consequently, the minima in the abundance of this biomarker could correspond to relatively cooler and more rainy periods. These conclusions are in good agreement with the isotopic and the pollen data. The Last Occurrence (LO) of G. sacculifer has been dated in this work at an average age of 550 years BP, and it is the best bioevent approximating the base of the Little Ice Age in the Adriatic. Recent literature reports the same bioevent in the Levantine Basin, showing a rather consistent age. Therefore, the LO of G. sacculifer has the potential to be extended to all the Eastern Mediterranean. Within the Little Ice Age, benthic foraminifer V. complanata shows two distinct peaks in the shallower Adriatic cores analysed, collected hundred kilometres apart, inside the mud belt environment. Based on the ecological requirements of this species, these two peaks have been interpreted as the more intense (cold and rainy) oscillations inside the LIA. The chronologic framework of the analysed cores is robust, being based on several range-finding 14C AMS ages, on estimates of the secular variation of the magnetic field, on geochemical estimates of the activity depth of 210Pb short-lived radionuclide (for the core-top ages), and is in good agreement with tephrochronologic, pollen and foraminiferal data. The intra-holocenic climate oscillations find out in the Adriatic have been compared with those pointed out in literature from other records of the Northern Hemisphere, and the chronologic constraint seems quite good. Finally, the sedimentary successions analysed allowed the review and the update of the foraminifers’ ecobiostratigraphy available from literature for the Adriatic region, thanks to the achievement of 16 ecobiozones for the last 60 kyr BP. Some bioevents are restricted to the Central Adriatic (for instance the LO of benthic Hyalinea balthica , approximating the MIS3/MIS2 boundary), others occur all over the Adriatic basin (for instance the LO of planktic Globorotalia inflata during MIS3, individuating Dansgaard-Oeschger cycle 8 (Denekamp)).

Räumliche Verbreitung geogener Schwermetallgehalte in Böden des Taunus: Einfluss von periglazialer Deckschichtengenese

Während der Glazialphasen kam es in den europäischen Mittelgebirgen bedingt durch extensive solifluidale Massenbewegungen zur Bildung von Deckschichten. Diese Deckschichten repräsentieren eine Mischung verschiedener Substrate, wie anstehendes Ausgangsgestein, äolische Depositionen und lokale Erzgänge. Die räumliche Ausdehnung der Metallkontaminationen verursacht durch kleinräumige Erzgänge wird durch die periglaziale Solifluktion verstärkt. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war a) den Zusammenhang zwischen den Reliefeigenschaften und den Ausprägungen der solifluidalen Deckschichten und Böden aufzuklären, sowie b) mittels Spurenelementgehalte und Blei-Isotopen-Verhältnisse als Eingangsdaten für Mischungsmodelle die Beitrage der einzelnen Substrate zum Ausgangsmaterial der Bodenbildung zu identifizieren und quantifizieren und c) die räumliche Verteilung von Blei (Pb) in Deckschichten, die über Bleierzgänge gewandert sind, untersucht, die Transportweite des erzbürtigen Bleis berechnet und die kontrollierenden Faktoren der Transportweite bestimmt werden. Sechs Transekte im südöstlichen Rheinischen Schiefergebirge, einschließlich der durch periglaziale Solifluktion entwickelten Böden, wurden untersucht. Die bodenkundliche Geländeaufnahme erfolgte nach AG Boden (2005). O, A, B und C-Horizontproben wurden auf ihre Spurenelementgehalte und teilweise auf ihre 206Pb/207Pb-Isotopenverhältnisse analysiert. Die steuernden Faktoren der Verteilung und Eigenschaften periglazialer Deckschichten sind neben der Petrographie, Reliefeigenschaften wie Exposition, Hangneigung, Hangposition und Krümmung. Die Reliefanalyse zeigt geringmächtige Deckschichten in divergenten, konvexen Hangbereichen bei gleichzeitig hohem Skelettgehalt. In konvergent, konkaven Hangbereichen nimmt die Deckschichtenmächtigkeit deutlich zu, bei gleichzeitig zunehmendem Lösslehm- und abnehmendem Skelettgehalt. Abhängig von den Reliefeigenschaften und -positionen reichen die ausgeprägten Bodentypen von sauren Braunerden bis hin zu Pseudogley-Parabraunerden. Des Weiteren kommen holozäne Kolluvien in eher untypischen Reliefpositionen wie langgestreckten, kaum geneigten Hangbereichen oder Mittelhangbereichen vor. Außer für Pb bewegen sich die Spurenelementgehalte im Rahmen niedriger Hintergrundgehalte. Die Pb-Gehalte liegen zwischen 20-135 mg kg-1. Abnehmende Spurenelementgehalte und Isotopensignaturen (206Pb/207Pb-Isotopenverhältnisse) von Pb zeigen, dass nahezu kein Pb aus atmosphärischen Depositionen in die B-Horizonte verlagert wurde. Eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) der Spurenelementgehalte hat vier Hauptsubstratquellen der untersuchten B-Horizonte identifiziert (Tonschiefer, Löss, Laacher-See-Tephra [LST] und lokale Pb-Erzgänge). Mittels 3-Komponenten-Mischungsmodell, das Tonschiefer, Löss und LST einschloss, konnten, bis auf 10 Ausreißer, die Spurenelementgehalte aller 120 B-Horizontproben erklärt werden. Der Massenbeitrag des Pb-Erzes zur Substratmischung liegt bei <0,1%. Die räumliche Pb-Verteilung zeigt Bereiche lokaler Pb-Gehaltsmaxima hangaufwärtiger Pb-Erzgänge. Mittels eines 206Pb/207Pb-Isotopenverhältnis-Mischungsmodells konnten 14 Bereiche erhöhter lokaler Pb-Gehaltsmaxima ausgewiesen werden, die 76-100% erzbürtigen Bleis enthalten. Mit Hilfe eines Geographischen Informationssystems wurden die Transportweiten des erzbürtigen Bleis mit 30 bis 110 m bestimmt. Die steuerenden Faktoren der Transportweite sind dabei die Schluffkonzentration und die Vertikalkrümmung. Diese Untersuchung zeigt, dass Reliefeigenschaften und Reliefposition einen entscheidenden Einfluss auf die Ausprägung der Deckschichten und Böden im europäischen Mittelgebirgsbereich haben. Mischungsmodelle in Kombination mit Spurenelementanalysen und Isotopenverhältnissen stellen ein wichtiges Werkzeug zur Bestimmung der Beiträge der einzelnen Glieder in Bodensubstratmischungen dar. Außerdem können lokale Bleierzgänge die natürlichen Pb-Gehalte in Böden, entwickelt in periglazialen Deckschichten der letzten Vereisungsphase (Würm), bis über 100 m Entfernung erhöhen.

Paleosol-based stratigraphy of late Quaternary deposits from the Po basin, between Bologna and the Po river (Northern Italy)

Stratigraphic studies carried out over the last decades in Italy and elsewhere testify a growing interest in Quaternary deposits and in the influence of climate change on their architecture. The subsurface of the Po Plain, in its topmost portion, is made up of alluvial deposits organized in depositional cycles at different scales. This PhD thesis provides millennial-scale stratigraphic reconstruction of the Late Pleistocene-Holocene deposits beneath the southern Po Plain, based on basin-scale correlation of laterally-extensive buried soil horizons. Far from the aim of characterizing palaeosols from a mineralogical and geochemical point of view, we focused on the physical and stratigraphic significance of these horizons. In the Bologna urban area, which hosts an abundance of stratigraphic data, the correlation between seventeen continuously-cored boreholes led to the identification of five vertically-stacked palaeosol-bounded sequences within the 14C time window. In a wide portion of the alluvial plain north of Bologna, far away from the Apenninic margin and from the Po River, where subsurface stratigraphic architecture is dominated by markedly lenticular sediment bodies, palaeosols revealed to be the only stratigraphic marker of remarkable lateral continuity. These horizons are characterized by peculiar resistance values, which make them easily identifiable via pocket penetration tests. Palaeosols reveal specific geometric relationships with the associated alluvial facies associations, allowing reliable estimates of soil development as a function of alluvial dynamics. With the aid of sixty new radiocarbon dates, a reliable age attribution and likely time intervals of exposure were assigned to each palaeosol. Vertically-stacked palaeosols delimitate short-term depositional cycles, likely related to the major episodes of climatic change of the last 40 ky. Through integration of stratigraphic data with 750 archaeological reports from the Bologna area, the impact of human settlements on depositional and pedogenic processes during the late Holocene was investigated.

Roman aqueducts and calcareous sinter deposits as a proxy for environmental changes

Die im Süden der Türkei gelegen, antiken Städte Aspendos und Patara, waren in der Römerzeit zwei bedeutende Handelszentren mit hoher Bevölkerungsdichte. Aquädukte versorgten beide Städte mit carbonathaltigem Wasser, wobei sich Kalksinter (Calciumcarbonat) in der Kanalrinne ablagerte. Dabei lagern sich im Wechsel eine hellere und dunklere Kalksinterlage ab, die als Sinterpaar bezeichnet wird. Um die Entstehung dieser Sinterpaare besser zu verstehen, und die beteiligten Prozesse mit saisonalen Veränderungen der Umwelt zu korrelieren, werden in der vorliegenden Arbeit laminierten Sinterablagerungen mit geochemischen und petrographischen Methoden untersucht.rnEntlang der Kanalrinne beider Aquädukte wurden an mehreren Stellen Proben entnommen. Es wurde untersucht in wieweit sich die Sinterstruktur aufgrund von Änderungen in der Neigung des Wasserkanals oder des Kanaltyps ändert. Um die Kristallform und die kristallografische Orientierung der Kristalle innerhalb der verschiedenen Sinterpaare zu untersuchen, wurden die entnommenen laminierten Kalksinterablagerungen mit Hilfe optischer Mikroskopie und EBSD (Electron Backscatter Diffraction) analysiert. Der Electron Probe Micro-Analyzer (EPMA) wurde verwendet, um saisonale Schwankungen der Hauptelementverteilung und den Anteil der stabilen Isotope im Wasser zu bestimmen. Die LA-ICP-MS (Laser Ablation-induktiv gekoppeltem Plasma-Massenspektrometrie) Spurenelementanalyse wurde durchgeführt, um kleinste Schwankungen der Spurenelemente zu finden. Basierend auf diesen Analysen wurde festgestellt, dass laminierten Kalksinterablagerungen laterale Änderungen in der Aquäduktstruktur und -neigung, jahreszeitliche Änderungen der Wasserchemie, der Temperatur sowie der Entgasungsrate während eines Jahres widerspiegeln. Die Kalksinterablagerungen zeigen eine deutliche Laminierung in Form von feinkörnig-porösen und grobkörnig-dichten Schichten, die trockene und nasse Jahreszeiten anzeigen. Feinkörnige Schichten zeigen eine hohe Epifluoreszenz aufgrund reichhaltiger organischer Inhalte, die vermutlich eine Folge der bakteriellen Aktivität während der warmen und trockenen Jahreszeit sind. Stabile Sauerstoff und Kohlenstoff-Isotop-Kurven entsprechen auch den jahreszeitlichen Schwankungen der verschiedenen Schichtenpaare. Vor allem δ 18O spiegelt jährliche Veränderungen in der Temperatur und jahreszeitliche Veränderungen des Abflusses wieder. Das wichtigste Ergebnis ist, dass die Periodizität von δ 18O durch Erwärmen des Wassers im Wasserkanal und nicht durch die Verdunstung oder der Brunnenwasser-Charakteristik verursacht wird. Die Periodizität von δ 13C ist komplexer Natur, vor allem zeigen δ 18O und δ 13C eine Antikorrelation entlang der Lamellenpaare. Dies wird wohl vor allem durch Entgasungsprozesse im Aquädukt verursacht. Die Ergebnisse der Spurenelemente sind meist inkonsistent und zeigen keine signifikanten Veränderungen in den verschiedenen Lamellenpaaren. Die Isotope Mg, Sr und Ba zeigen hingegen bei einigen Proben eine positive Korrelation und erreichen Höchstwerte innerhalb feinkörnig-poröser Schichten. Auch sind die Hauptelementwerte von Fe, K, Si und anderer detritischer Elemente innerhalb der feinkörnige-porösen Schichten maximal. Eine genaue Datierung der Kalksinterablagerungen ist wünschenswert, da der Zeitraum, in dem die Aquädukte aktiv waren, bereits archäologisch auf 200-300 Jahre festgelegt wurde. Paläomagnetische und 14C-Datierung geben keine brauchbare Ergebnisse. Die U/Th Isotopie wird durch eine hohe Anfangskonzentration von Th in den Proben behindert. Trotz dieser Schwierigkeiten war eine U/Th Datierung an einem Testbeispiel des Béziers Aquädukt erfolgreich. Mit Hilfe von analogen Untersuchungen an aktiven Wasserkanälen der heutigen Zeit, werden die Ablagerungsmechanismen und die geochemische Entwicklung der laminierten Sinterschichten besser verstanden. Ein weiteres laufendes Projekt dieser Doktorarbeit ist die Überwachung von Sinterabscheidungen und der saisonale Zusammensetzung des Wassers an einigen heute noch aktiven Aquädukten. Das Ziel ist die Untersuchung der jetzigen Calciumcarbonatabscheidungen in Aquäduktkanälen unter den heutigen Umgebungsbedingungen. Erste Ergebnisse zeigen, dass kleine regelmäßige jahreszeitliche Veränderungen in der Isotopenzusammensetzung des Wassers vorliegen, und dass die beobachtete Periodizität der stabilen Isotope aufgrund von Änderungen im eigentlichen Kanal entstanden ist. Die Untersuchung von Kalksinterablagerungen in römischen Aquädukten liefern vielversprechende Ergebnisse, für die Untersuchung des Paläöklimas, der Archaeoseismologie und anderer Umweltbedingungen in der Römerzeit. Diese Studie beschränkt sich auf zwei Aquädukte. Die Untersuchungen weiterer Aquädukte und einer Überwachung, der noch in Betrieb stehenden Aquädukte werden genauere Ergebnisse liefern.

Detection of linear IgE deposits in bullous pemphigoid and mucous membrane pemphigoid: a useful clue for diagnosis

Bullous pemphigoid (BP) is an autoimmune subepidermal blistering disease of the skin associated with IgG autoantibodies to BP180 and BP230, while mucous membrane pemphigoid (MMP) comprises a heterogeneous group of autoimmune blistering diseases characterized by a predominant mucous membrane involvement and scarring tendency associated with an autoantibody response to various autoantigens, including BP180. While the pathogenicity of IgG autoantibodies to BP180 has been demonstrated in BP, the role of IgE autoantibodies in mediating tissue damage in BP and MMP is unclear.