Gravity collapse structures in the Central Precordillera fold-andthrust belt, Argentina

Several landforms found in the fold-and-thrust belt area of Central Precordillera, Pre-Andes of Argentina, which were often associated with tectonic efforts, are in fact related to non-tectonic processes or gravitational superficial structures. These second-order structures, interpreted as gravitational collapse structures, have developed in the western flank of sierras de La Dehesa and Talacasto. These include rock-slides, rock falls, wrinkle folds, slip sheets and flaps, among others; which together constitute a monoclinal fold dipping between 30º and 60º to the west. Gravity collapse structures are parallel to the regional strike of the Sierra de la Dehesa and are placed in Ordovician limestones and dolomites. Their sloping towards the west, the presence of bed planes, fractures and joints; and the lithology (limestone interbedded with incompetent argillaceous banks) would have favored their occurrence. Movement of the detached structures has been controlled by lithology characteristics, as well as by bedding and joints. Detachment and initial transport of gravity collapse structures and rockslides in the western flank of the Sierra de la Dehesa were tightly controlled by three structural elements: 1) sliding surfaces developed on parallel bedded strata when dipping >30° in the slope direction; 2) Joint’s sets constitute lateral and transverse traction cracks which release extensional stresses and 3) Discontinuities fragmenting sliding surfaces.  Some other factors that could be characterized as local (lithology, structure and topography) and as regional (high seismic activity and possibly wetter conditions during the postglacial period) were determining in favoring the steady loss of the western mountain side in the easternmost foothills of Central Precordillera.

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.

GIS technologies and spatial organization patterns among hunter-gatherers: an archaeological case study from Southern Patagonia (southern South America)

This paper discusses some aspects of hunter-gatherer spatial organization in southern South Patagonia, in later times to 10,000 cal yr BP. Various methods of spatial analysis, elaborated with a Geographic Information System (GIS) were applied to the distributional pattern of archaeological sites with radiocarbon dates. The shift in the distributional pattern of chronological information was assessed in conjunction with other lines of evidence within a biogeographic framework. Accordingly, the varying degrees of occupation and integration of coastal and interior spaces in human spatial organization are explained in association with the adaptive strategies hunter-gatherers have used over time. Both are part of the same human response to changes in risk and uncertainty variability in the region in terms of resource availability and environmental dynamics.

Propagation des ondes longitudinales dans le noyau terrestre d'après les séismes profonde des Iles Fidji

Observations from three deep focus earthquakes, of focal depth 600 km, originating in the Fiji Islands region, have permitted to trace the travel-time curves for the longitudinal waves travelling through the earth's core. Of principal importance is the travel-time table for the phase PKP1 which has been given upto 158° and for which the data so far were incomplete. Other important phases observed between 103 and 143° have been illustrated and their travel-time curves drawn.

Grain coarsening maps: A new tool to predict microfabric evolution of polymineralic rocks

Polymineralic rocks undergo grain coarsening with increasing temperature in both static and deformational environments, as long as no mineral reactions occur. The grain coarsening in such rocks is complex because the different phases influence each other, and it is this interaction that controls the rate of grain coarsening of the entire aggregate. We present a mathematical approach to investigate coupled grain coarsening using a set of microstructural parameters, including grain size and volume fraction of both second phases and matrix mineral in combination with temperature information. Based on samples from polymineralic carbonate mylonites that were deformed at different temperatures, we demonstrate how the mathematical relation can be calibrated for this natural system. Using such data sets for other lithologies, grain coarsening maps can be generated, which allow the prediction of microstructural evolution in polymineralic rocks. Such predictions are crucial for all subdisciplines in the earth sciences that require fundamental knowledge about microstructural changes and rheology of an orogen at different depths, such as structural geology, geophysics, geodynamics, and metamorphic petrology.

Le processus de thermo-érosion du pergélisol dans la zone de pergélisol continu

Les polygones à coin de glace sont très répandus dans la zone du pergélisol continu. Lorsque le ruissellement d’eau de fonte nivale s’infiltre de façon concentrée dans une cavité, il peut initier le processus de thermo-érosion du pergélisol (notamment des coins de glace) pouvant mener à la formation de ravins. Dans la vallée de Qalikturvik sur l’Ile Bylot (NU, Canada), le développement de ravins de thermo-érosion dans un milieu de polygones à coins de glace entraîne comme impact : i. la réorganisation des réseaux de drainage impliquant un assèchement des milieux humides en marge des chenaux d’érosion, ii. des variations dans le régime thermique et de l’humidité de proche-surface et iii. la prise en charge et le déplacement des sédiments vers l’extérieur du bassin-versant. L’objectif de cette thèse vise à approfondir les connaissances géomorphologiques propres au ravinement par thermo-érosion, d’examiner, caractériser et quantifier les impacts du ravinement (tel que sus-mentionné en i. ii. iii.) et le rôle de celui-ci dans une optique d’évolution du paysage périglaciaire à l’échelle temporelle de l’année à la décennie. Les ravins sont dynamiques : un ravin en particulier déclenché en 1999 et étudié depuis s’érodait à une vitesse de 38 à 50 m/a durant sa première décennie d’existence, pour atteindre une longueur totale de ~750 m et une surface érodée de ~25 000 m² en 2009. Des puits sont localisés près des zones de ravinement actives ; des levées alluviale, mares et polygones effondrés dans les zones stabilisées post-perturbation. Sur la terrasse de polygones recouvrant le plancher de la vallée au site à l’étude, 35 ravins furent identifiés et 1401 polygones furent perturbés avec 200 000 m³ de sols transportés. Une amélioration du drainage, une dégradation de la capacité de rétention de l’humidité, une transition d’un écoulement de ruissellement vers un écoulement canalisé caractérise les aires ravinées et leurs environs. Les polygones intacts sont homogènes d’un à l’autre et dans leurs centres ; les polygones perturbés ont une réponse hétérogène (flore, humidité et régime thermique). Les milieux érodés hétérogènes succèdent aux milieux homogènes et deviennent le nouvel état d’équilibre pour plusieurs décennies.

Structure et évolution du pergélisol depuis le Pléistocène Tardif, Beaver Creek, Yukon

Le site routier expérimental de Beaver Creek (62º 20’ 20’’ N – 140º 50’ 10’’ O) est sis sur la moraine de Beaver Creek pré datant le Dernier Maximum Glaciaire. Dans un périmètre d’un kilomètre carré, son relief, sa végétation, son sol et sa cryostratigraphie ont été étudiés avec une perspective géosystémique, afin d’en détailler la catena et sa structure. Ensuite, la cryostratigraphie a été interprétée pour suggérer un modèle d’évolution du paysage. Enfin, les changements récents y ont été intégrés en vue d’actualiser la tendance évolutive du géosystème. Il ressort de cet ouvrage que la durabilité du pergélisol est fortement appuyée par la présence des milieux humides dans les replats. Quelques affleurements de la moraine sont toujours visibles, quoique faiblement exprimés. Ils contiennent peu de glace et leur teneur en matière organique est mince. Quant aux dépressions, elles sont peu profondes et étendues. Non seulement elles ont hérité des sédiments érodés des crêtes, mais elles ont aussi fixé une quantité importante de glace et de matière organique par le truchement d’un pergélisol syngénétique (>15 m) généré par le climat et protégé par l’écosystème. Au moins un évènement de thermo-érosion est survenu avant le dernier stade d’aggradation syngénétique (Holocène), mais il n’a été que partiel. L’actuel réchauffement climatique menace d’engager un autre épisode de dégradation à l’échelle du bassin versant. Contrairement au changement climatique, l’utilisation du territoire provoque déjà la dégradation du pergélisol, mais de manière localisée seulement.

Changements climatiques et écologiques dans le nord de l’Alaska au cours de la glaciation du Wisconsinien : le Yedoma de la rivière Itkillik

Le climat continental et froid de la Béringie lors de la glaciation du Wisconsinien a conduit à la formation d’une forme relique de pergélisol syngénétique nommé yedoma. Ces dépôts ont permis la préservation d’indicateurs environnementaux très diversifiés qui peuvent être employés pour reconstituer la dynamique climatique et écologique de la Béringie avant le dernier maximum glaciaire. À ce jour, peu d’études ont été réalisées au nord de la chaîne de montagnes Brooks (Alaska) et l’hétérogénéité écologique régionale de la Béringie Est lors de la glaciation du Wisonsinien reste mal définie. Ce mémoire porte sur une reconstitution paléoenvironnementale de plus de 39 ka du nord de l’Alaska réalisée à partir de sédiments provenant du Yedoma de la rivière Itkillik. Les objectifs sont (1) de reconstituer l’histoire de la végétation avec l’analyse pollinique; (2) de reconstituer les températures de juillet, le contraste de température saisonnier et l’ensoleillement de juillet avec la technique des analogues modernes et (3) de mettre les données biogéochimiques et glaciologiques du site en lien avec le climat reconstitué. L’étude montre que vers 35 ka BP (Interstade du Wisconsinien Moyen), des conditions climatiques semblables à l’actuel ont favorisé l’accumulation de tourbe riche en carbone organique. À partir de 29,7 ka BP, les températures de juillet reconstituées diminuent, alors que la continentalité du climat semble augmenter. Le contenu en glace des sédiments est plus alors plus faible et la pluie pollinique devient dominée par Poaceae, Artemisia et autres herbacés non graminoïdes. Ces indicateurs suggèrent des conditions environnementales plus xériques qu’aujourd’hui. Les anomalies isotopiques de 18O, 2H et l’excès de deutérium confirment un épisode d’avancée glaciaire (Wisconsinien Tardif). Après 17,9 ka BP (Tardiglaciaire), les températures de juillet et le contraste saisonnier augmentent. Les valeurs de contenu en carbone organique des sédiments sont plus élevées et la plus grande disponibilité en eau favorise l’établissement d’un couvert herbacé moderne dominé par les Cyperaceae.

Green's function retrieval through cross-correlations in a two -dimensional complex reverberating medium

International audience

Characterization and age determination of Quaternary volcanism in the southern Ankaratra region (central Madagascar) through novel approaches in luminescence dating

This work introduces two novel approaches for the application of luminescence dating techniques to Quaternary volcanic eruptions: crystalline xenoliths from lava flows are demonstrated to be basically suitable for luminescence dating, and a set of phreatic explosion deposits from the Late Quaternary Vakinankaratra volcanic field in central Madagascar is successfully dated with infrared stimulated luminescence (IRSL). Using a numerical model approach and experimental verification, the potential for thermal resetting of luminescence signals of xenoliths in lava flows is demonstrated. As microdosimetry is an important aspect when using sample material extracted from crystalline whole rocks, autoradiography using image plates is introduced to the field of luminescence dating as a method for detection and assessment of spatially resolved radiation inhomogeneities. Determinations of fading rates of feldspar samples have been observed to result in aberrant g-values if the pause between preheat and measurement in the delayed measurements was kept short. A systematic investigation reveals that the phenomenon is caused by the presence of three signal components with differing individual fading behaviour. As this is restricted to short pauses, it is possible to determine a minimal required delay between preheating and measurement after which the aberrant behaviour disappears. This is applied in the measuring of 12 samples from phreatic explosion deposits from the Antsirabe – Betafo region in the Late Quaternary Vakinankaratra volcanic field. The samples were taken from stratigraphically correlatable sections and appear to represent at least three phreatic events, one of which created the Lac Andraikiba maar near Antsirabe. The obtained ages indicate that the eruptive activity in the region started in the Late Pleistocene between 113.9 and 99.6 ka. A second layer in the Betafo area is dated at approximately 73 ka and the Lac Andraikiba deposits give an age between 63.9 and 50.7 ka. The youngest phreatic layer is dated between 33.7 and 20.7 ka. These ages are the first recorded direct ages of such volcanic deposits, as well as the first and only direct ages for the Late Quaternary volcanism in the Vakinankaratra volcanic field. This illustrates the huge potential of this new method for volcanology and geochronology, as it enables direct numerical dating of a type of volcanic deposit which has not been successfully directly dated by any other method so far.

Changes in the storage and sink of carbon dioxide in subsurface atmospheres controlled by climate-driven processes: the case of the Ojo Guareña karst system

A comprehensive environmental monitoring program was conducted in the Ojo Guareña cave system (Spain), one of the longest cave systems in Europe, to assess the magnitude of the spatiotemporal changes in carbon dioxide gas (CO2) in the cave–soil–atmosphere profile. The key climate-driven processes involved in gas exchange, primarily gas diffusion and cave ventilation due to advective forces, were characterized. The spatial distributions of both processes were described through measurements of CO2 and its carbon isotopic signal (δ13C[CO2]) from exterior, soil and cave air samples analyzed by cavity ring-down spectroscopy (CRDS). The trigger mechanisms of air advection (temperature or air density differences or barometric imbalances) were controlled by continuous logging systems. Radon monitoring was also used to characterize the changing airflow that results in a predictable seasonal or daily pattern of CO2 concentrations and its carbon isotopic signal. Large daily oscillations of CO2 levels, ranging from 680 to 1900 ppm day−1 on average, were registered during the daily oscillations of the exterior air temperature around the cave air temperature. These daily variations in CO2 concentration were unobservable once the outside air temperature was continuously below the cave temperature and a prevailing advective-renewal of cave air was established, such that the daily-averaged concentrations of CO2 reached minimum values close to atmospheric background. The daily pulses of CO2 and other tracer gases such as radon (222Rn) were smoothed in the inner cave locations, where fluctuation of both gases was primarily correlated with medium-term changes in air pressure. A pooled analysis of these data provided evidence that atmospheric air that is inhaled into dynamically ventilated caves can then return to the lower troposphere as CO2-rich cave air.

Thermodynamic calculations for the salt crystallisation damage in porous built heritage using PHREEQC

This work considers the crystallisation mechanisms of the most common and aggressive salts that generate stress in porous building stones as a result of changing ambient conditions. These mechanisms include the salt crystallisation that result from decreasing relative humidity and changes in temperature and, in hydrated salts, the dissolution of the lower hydrated form and the subsequent precipitation of the hydrated salt. We propose a new methodology for thermodynamic calculations using PHREEQC that includes these crystallisation mechanisms. This approach permits the calculation of the equilibrium relative humidity and the parameterization of the critical relative humidity and crystallisation pressures for the dissolution–precipitation transitions. The influence of other salts on the effectives of salt crystallisation and chemical weathering is also assessed. We review the sodium and magnesium sulphate and sodium chloride systems, in both single and multicomponent solutions, and they are compared to the sodium carbonate and calcium carbonate systems. The variation of crystallisation pressure, the formation of new minerals and the chemical dissolution by the presence of other salts is also evaluated. Results for hydrated salt systems show that high crystallisation pressures are possible as lower hydrated salts dissolve and more hydrated salts precipitate. High stresses may be also produced by decreasing temperature, although it requires that porous materials are wet for long periods of time. The presence of other salts changes the temperature and relative humidity of salt transitions that generates stress rather than reducing the pressure of crystallisation, if any salt has previously precipitated. Several practical conclusions derive from proposed methodology and provide conservators and architects with information on the potential weathering activity of soluble salts. Furthermore, the model calculations might be coupled with projections of future climate to give as improved understanding of the likely changes in the frequency of phase transitions in salts within porous stone.

Paléoécologie d’une tourbière à pergélisol en dégradation du sud des Territoires du Nord-Ouest : implications pour le cycle du carbone

Les tourbières ont contribué à refroidir le climat terrestre pendant l’Holocène en accumulant un réservoir de carbone important. Dans la forêt boréale canadienne, les sols gelés en permanence (pergélisols) sont répandus et ceux-ci sont principalement localisés dans les tourbières où ils forment des plateaux surélevés. Le dégel du pergélisol, causé entre autres par le réchauffement atmosphérique ou d’autres perturbations, provoque l’effondrement des plateaux et la saturation en eau du sol ce qui modifie entre autres le couvert végétal et le cycle du carbone. Les modélisations suggèrent que les latitudes nordiques seront les plus affectées par le réchauffement climatique alors qu’on y observe déjà un recul du couvert du pergélisol. Il est primordial de comprendre comment le dégel du pergélisol affecte la fonction de puits de carbone des tourbières puisque des rétroactions sur le climat sont possibles si une grande quantité de gaz à effet de serre est émise ou séquestrée. J’utilise une chronoséquence représentant le temps depuis le dégel d’un plateau de pergélisol des Territoires du Nord-Ouest pour comprendre les facteurs influençant l’aggradation et la dégradation du pergélisol dans les tourbières et évaluer l’effet du dégel sur l’accumulation de carbone et la préservation du carbone déjà accumulé. Les taux d’accumulation de carbone associés à la présence de pergélisol dans le passé et au présent sont lents, et la tourbe est moins décomposée dans les secteurs ayant été affectés plus longtemps par le pergélisol. En somme, le pergélisol réduit l’accumulation de carbone en surface mais permet une meilleure préservation du carbone déjà accumulé.