The young stellar cluster [DBS2003] 157 associated with the H ii region GAL 331.31-00.34

We report a study of the stellar content of the near-infrared (NIR) cluster [DBS2003] 157 embedded in the extended H ii region GAL 331.31-00.34, which is associated with the IRAS source 16085-5138. JHK photometry was carried out in order to identify potential ionizing candidates, and the follow-up NIR spectroscopy allowed the spectral classification of some sources, including two O-type stars. A combination of NIR photometry and spectroscopy data was used to obtain the distance of these two stars, with the method of spectroscopic parallax: IRS 298 (O6 V, 3.35 +/- 0.61 kpc) and IRS 339 (O9 V, 3.24 +/- 0.56 kpc). Adopting the average distance of 3.29 +/- 0.58 kpc and comparing the Lyman continuum luminosity of these stars with that required to account for the radio continuum flux of the H ii region, we conclude that these two stars are the ionizing sources of GAL 331.31-00.34. Young stellar objects (YSOs) were searched by using our NIR photometry and mid-infrared (MIR) data from the Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire (GLIMPSE) survey. The analysis of NIR and MIR colourcolour diagrams resulted in 47 YSO candidates. The GLIMPSE counterpart of IRAS 16085-5138, which presents IRAS colour indices compatible with an ultracompact H ii region, has been identified. The analysis of its spectral energy distribution between 2 and m revealed that this source shows a spectral index a= 3.6 between 2 and m, which is typical of a YSO immersed in a protostellar envelope. Lower limits to the bolometric luminosity and the mass of the embedded protostar have been estimated as L= 7.7 x 10(3) L? and M= 10 M?, respectively, which correspond to a B0B1 V zero-age main sequence star.

Trigonometric parallaxes in the TW Hydrae Association

We have conducted a program of trigonometric distance measurements to 13 members of the TW Hydrae Association (TWA), which will enable us (through back-tracking methods) to derive a convincing estimate of the age of the association, independent of stellar evolutionary models. With age, distance, and luminosity known for an ensemble of TWA stars and brown dwarfs, models of early stellar evolution (which are still uncertain for young ages and substellar masses) will then be constrained by observations over a wide range of masses (0.025 to 0.7 M⊙).

Mass extinctions, galactic orbits in the solar neighborhood and the Sun: a connection?

The orbits of the stars in the disk of the Galaxy, and their passages through the Galactic spiral arms, are a rarely mentioned factor of biosphere stability which might be important for long-term planetary climate evolution, with a possible bearing on mass extinctions. The Sun lies very near the co-rotation radius, where stars revolve around the Galaxy in the same period as the density wave perturbations of the spiral arms. conventional wisdom generally considers that this status makes for few passages through the spiral arms. Controversy still surrounds whether time spent inside or around spiral arms is dangerous to biospheres and conductive to mass extinctions. Possible threats include giant molecular clouds disturbing the Oort comet cloud and provoking heavy bombardment: a higher exposure to cosmic rays near star forming regions triggering increased cloudiness in Earth atmosphere and ice ages; and the desctruction of Earth's ozone layer posed by supernova explosiosn. We present detailed calculations of the history of spiral arm passages for all 212 solar-type stars nearer than 20 parsecs, including the total time spent inside armsin the last 500 Myr, when the spiral arm position can be traced with good accuracy. We found that there is a large diversity of stellar orbits in the solar neighborhood, and the time fraction spent inside spiral arms can vary from a few percent to nearly half the time. The Sun, despite its proximity to the galactic co-rotation radius, has exceptionally low eccentricity and a low vertical velocity component, and therefore spends 30% of its lifetime crossing the spiral arms, more than most nearby stars. We discuss the possible implications of this fact to the long-term habitability of the Earth, and possible correlations of the Sun's passage through the spiral arms with the five great mass extinctions of the Earth's biosphere from the Late Ordovician to the Cretaceous-Tertiary.

Synthese und Charakterisierung von Poly(tert-butylacrylat)- und Polyacrylsäure-Sternpolymeren

Sternpolymere aus Poly(tert.-butylacrylat)-Armen und einem Mikrogel-Core aus Ethylenglykoldimethacrylat wurden nach der arm-first Strategie hergestellt. Diese weisen eine enge Armzahlverteilung auf. Mit sinkender Precursorlänge, mit steigendem Verhältnis [bifunktionelles Monomer]/[Initiator], sowie mit zunehmender Reaktionszeit und Gesamtkonzentration nimmt die mittlere Armzahl fn zu. Die Sternbildung verläuft ähnlich einer Polykondensation. Die Molekulargewichte wurden mittels GPC gekoppelt mit einem online-Viskosimeter und einem online-Vielwinkellichtstreudetektor (MALLS) bestimmt.Die intrinsischen Viskositäten der Sternpolymere sind sehr niedrig. Für Armzahlen f ca. 8 erhält man ein Maximum in der doppellogarithmischen Auftragung der intrinsischen Viskosität und des Molekulargewichts. Die Trägheitsradien nehmen nur wenig mit dem Molekulargewicht zu. Die erhaltenen Koeffizienten liegen im von Daoud und Cotton vorhergesagten Bereich. Die Schrumpfungsfaktoren sinken auf g ca. 0,2 bzw. g' ca. 0,25. Aus den Poly(tert.-butylacrylat)-Sternpolymeren wurden durch Verseifung mit HBr in Methanol Polyacrylsäure-Sternpolymere hergestellt, welche ebenfalls mittels GPC-Viskosimetrie und GPC-MALLS charakterisiert wurden. Für die ionischen Sternpolymere findet man deutlich höhere Schrumpfungsfaktoren, kein Maximum in der intrinsischen Viskosität und höhere Exponenten als von Daoud und Cotton vorhergesagt. Erklärt wurde dies mit der hohen Segmentdichte in Sternpolymeren, die bei den ionischen Sternpolymeren zu einer hohen Ladungsdichte führt. Dadurch müssen sich die Arme stärker strecken als bei nicht-ionischen Sternen und es resultieren größere Moleküldimensionen.

Gamma-Spektroskopie an neutronenreichen Silber-Isotopen

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Beta-Zerfall von neutronenreichen Silberisotopen der Massen 124, 126 und 128 gamma-spektroskopisch untersucht. Dabei konnten viele neue Linien gefunden und teilweise in Niveauschemata der entsprechenden even-even Cd-Isotope einsortiert werden. Mit den gemessenen Energien der ersten 2+ und 4+ - Anregungszustände konnte gezeigt werden, dass bei den neutronenreichen Cadmiumisotopen eine Abschwächung der Neutronenschale, das sogenannte shell-quenching, auftritt.

Echtzeitsuche nach Neutrinoausbrüchen von Supernovae mit dem AMANDA-II-Detektor

Der AMANDA-II Detektor ist primär für den richtungsaufgelösten Nachweis hochenergetischer Neutrinos konzipiert. Trotzdem können auch niederenergetische Neutrinoausbrüche, wie sie von Supernovae erwartet werden, mit hoher Signifikanz nachgewiesen werden, sofern sie innerhalb der Milchstraße stattfinden. Die experimentelle Signatur im Detektor ist ein kollektiver Anstieg der Rauschraten aller optischen Module. Zur Abschätzung der Stärke des erwarteten Signals wurden theoretische Modelle und Simulationen zu Supernovae und experimentelle Daten der Supernova SN1987A studiert. Außerdem wurden die Sensitivitäten der optischen Module neu bestimmt. Dazu mussten für den Fall des südpolaren Eises die Energieverluste geladener Teilchen untersucht und eine Simulation der Propagation von Photonen entwickelt werden. Schließlich konnte das im Kamiokande-II Detektor gemessene Signal auf die Verhältnisse des AMANDA-II Detektors skaliert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Algorithmus zur Echtzeit-Suche nach Signalen von Supernovae als Teilmodul der Datennahme implementiert. Dieser beinhaltet diverse Verbesserungen gegenüber der zuvor von der AMANDA-Kollaboration verwendeten Version. Aufgrund einer Optimierung auf Rechengeschwindigkeit können nun mehrere Echtzeit-Suchen mit verschiedenen Analyse-Zeitbasen im Rahmen der Datennahme simultan laufen. Die Disqualifikation optischer Module mit ungeeignetem Verhalten geschieht in Echtzeit. Allerdings muss das Verhalten der Module zu diesem Zweck anhand von gepufferten Daten beurteilt werden. Dadurch kann die Analyse der Daten der qualifizierten Module nicht ohne eine Verzögerung von etwa 5 Minuten geschehen. Im Falle einer erkannten Supernova werden die Daten für die Zeitdauer mehrerer Minuten zur späteren Auswertung in 10 Millisekunden-Intervallen archiviert. Da die Daten des Rauschverhaltens der optischen Module ansonsten in Intervallen von 500 ms zur Verfgung stehen, ist die Zeitbasis der Analyse in Einheiten von 500 ms frei wählbar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Analysen dieser Art am Südpol aktiviert: Eine mit der Zeitbasis der Datennahme von 500 ms, eine mit der Zeitbasis 4 s und eine mit der Zeitbasis 10 s. Dadurch wird die Sensitivität für Signale maximiert, die eine charakteristische exponentielle Zerfallszeit von 3 s aufweisen und gleichzeitig eine gute Sensitivität über einen weiten Bereich exponentieller Zerfallszeiten gewahrt. Anhand von Daten der Jahre 2000 bis 2003 wurden diese Analysen ausführlich untersucht. Während die Ergebnisse der Analyse mit t = 500 ms nicht vollständig nachvollziehbare Ergebnisse produzierte, konnten die Resultate der beiden Analysen mit den längeren Zeitbasen durch Simulationen reproduziert und entsprechend gut verstanden werden. Auf der Grundlage der gemessenen Daten wurden die erwarteten Signale von Supernovae simuliert. Aus einem Vergleich zwischen dieser Simulation den gemessenen Daten der Jahre 2000 bis 2003 und der Simulation des erwarteten statistischen Untergrunds kann mit einem Konfidenz-Niveau von mindestens 90 % gefolgert werden, dass in der Milchstraße nicht mehr als 3.2 Supernovae pro Jahr stattfinden. Zur Identifikation einer Supernova wird ein Ratenanstieg mit einer Signifikanz von mindestens 7.4 Standardabweichungen verlangt. Die Anzahl erwarteter Ereignisse aus dem statistischen Untergrund beträgt auf diesem Niveau weniger als ein Millionstel. Dennoch wurde ein solches Ereignis gemessen. Mit der gewählten Signifikanzschwelle werden 74 % aller möglichen Vorläufer-Sterne von Supernovae in der Galaxis überwacht. In Kombination mit dem letzten von der AMANDA-Kollaboration veröffentlicheten Ergebnis ergibt sich sogar eine obere Grenze von nur 2.6 Supernovae pro Jahr. Im Rahmen der Echtzeit-Analyse wird für die kollektive Ratenüberhöhung eine Signifikanz von mindestens 5.5 Standardabweichungen verlangt, bevor eine Meldung über die Detektion eines Supernova-Kandidaten verschickt wird. Damit liegt der überwachte Anteil Sterne der Galaxis bei 81 %, aber auch die Frequenz falscher Alarme steigt auf bei etwa 2 Ereignissen pro Woche. Die Alarm-Meldungen werden über ein Iridium-Modem in die nördliche Hemisphäre übertragen, und sollen schon bald zu SNEWS beitragen, dem weltweiten Netzwerk zur Früherkennung von Supernovae.

Kernspektroskopische Untersuchungen in der 132 Sn-Region

In der vorliegenden Arbeit werden die r-Prozesskerne rund um den N=82-Schalenabschluß untersucht. Dabei gelang es die bisher unbekannten Halbwertszeiten und Pn-Werte der Antimonisotope 137-139-Sb und von 139-Te zu messen. Des Weiteren wurden die Ergebnisse von Shergur et. al. zu extrem neutronenreichen Zinnisotopen (137,138-Sn) mit neuen Messungen untermauert und verbessert. Alle erhaltenen Ergebnisse werden mit entsprechenden Modellrechnungen verglichen und ihr Einfluss auf moderne Netzwerkrechnungen zum r-Prozess diskutiert. Des Weiteren gelang erstmalig die Aufnahmen von gamma-spektroskopischen Daten für das r-Prozessnuklid 136-Sn in Singlespektren. Aufgrund der hinlänglich bekannten Probleme mit Isobarenkontaminationen für Ionenstrahlen von sehr exotischen Molekülen an ISOL-Einrichtungen werden unterschiedliche technische Entwicklungen zur Verbesserung der Strahlqualität aufgezeigt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt hier auf der neu eingeführten Technik der molekularen Seitenbänder an Massenseparatoren. Hier gelang es durch gezielte Zugabe von Schwefel in das Target ein starke SnS(+)-Seitenband zu etablieren und so bei guter Strahlintensität eine deutliche Reduktion des Isobarenuntergrunds zu erreichen. Ebenso werden die Möglichkeiten einer temperaturkontrollierten Quarztransferline zwischen Target und Ionenquelle zur Minimierung von Kontaminationen bespro-chen. Zur Verbesserung der Selektivität von Experimenten an sehr neutronenreichen Elementen wurde ein Detektorsystem zur n,gamma-Koinzidenzmessung entwickelt. Im Gegensatz zu früheren Versuchen dieser Art, gelang es durch eine entsprechende neue Elektronik striktere Koinzidenzbedingungen zu realisieren und so das Koinzidenzfenster deutlich zu verkleinern.

Messung von Q beta-Werten neutronenreicher Tc- bis Pd-Isotope im Massenbereich A=110 bis A=117

In der vorliegenden Arbeit wurden zwölf Q(beta)-Werte von beta-instabilen Pd, Ru, Rh und Tc-Isotopen gemessen. Der betrachtete Massenbereich A=110 bis A=117 liegt am Rande des bekannten Gebiets der Nuklidkarte und umfasst sehr neutronenreiche kurzlebige Isotope dieser Elemente, die sich durch geringe Spalthäufigkeit auszeichnen. Durch die geringen (Spalt-)Häufigkeiten dieser Nuklide liegen kaum Daten vor, teilweise auch nicht über die Niveauschemata. Es ist daher notwendig, eine protoneninduzierte Spaltungsreaktion zur Darstellung dieser Isotope zu verwenden und die Spaltprodukte innerhalb kürzester Zeit für die Messung nach Massen aufzutrennen, wie dies am IGISOL in Jyväskylä/Finnland geschieht. Die aufgebaute Apparatur zur beta,gamma,X-Koinzidenz erlaubt es, während ein und desselben Experiments neben der Messung der Q(beta)-Werte gleichzeitig gamma,X-Koinzidenzen auszuwerten, die die benötigten Grundinformationen für die Q(beta)-Bestimmung über die beta,gamma-Koinzidenzen liefern. Es können somit nicht nur Q(beta)-Werte von Nukliden mit bereits bekannten Niveauschemata ermittelt, sondern auch erfolgreich Nuklide mit unvollständigen Niveauschemata einer ersten Messung unterzogen werden. Umgekehrt können beta,gamma-Koinzidenzdaten weitere Informationen zum Aufbau neuer Niveauschemata liefern. Mit Hilfe der beschriebenen Koinzidenzmessung konnten zwölf Q(beta)-Werte von sehr neutronenreichen Pd- bis Tc-Isotopen gemessen und daraus die Kernmassen, Massenüberschüsse und Neutronen-Separationsenergien bestimmt werden. Von diesen wurden acht Werte erstmalig bestimmt, ein weiterer Wert konnte bestätigt sowie die Fehler von drei weiteren Werten um den Faktor Zehn verringert werden. Die gewonnenen Daten sind von Interesse für die Beurteilung von Kernmassenmodellen und gehen ebenso in Modellrechnungen der nuklearen Astrophysik ein.

Correlation between Accurate Electron Density and Linear Optical Properties in Amino Acid Derivatives: L-Histidinium Hydrogen Oxalate

The accurate electron density and linear optical properties of L-histidinium hydrogen oxalate are discussed. Two high-resolution single crystal X-ray diffraction experiments were performed and compared with density functional calculations in the solid state as well as in the gas phase. The crystal packing and the hydrogen bond network are accurately investigated using topological analysis based on quantum theory of atoms in molecules, Hirshfeld surface analysis, and electrostatic potential mapping. The refractive indices are computed from couple perturbed Kohn-Sham calculations and measured experimentally. Moreover, distributed atomic polarizabilities are used to analyze the origin of the linear susceptibility in the crystal, in order to separate molecular and intermolecular causes. The optical properties are also correlated with the electron density distribution. This compound also offers the possibility to test the electron density building block approach for material science and different refinement schemes for accurate positions and displacement parameters of hydrogen atoms, in the absence of neutron diffraction data.

The HARPS search for southern extra-solar planets

The meter-per-second precision achieved by today’s velocimeters enables us to search for 1−10 M⊕ planets in the habitable zone of cool stars. This paper reports on the detection of three planets orbiting GJ 163 (HIP 19394), a M3 dwarf monitored by our ESO/HARPS search for planets. We made use of the HARPS spectrograph to collect 150 radial velocities of GJ 163 over a period of eight years. We searched the radial-velocity time series for coherent signals and found five distinct periodic variabilities. We investigated the stellar activity and called into question the planetary interpretation for two signals. Before more data can be acquired we concluded that at least three planets are orbiting GJ 163. They have orbital periods of Pb = 8.632 ± 0.002, Pc = 25.63 ± 0.03, and Pd = 604 ± 8 days and minimum masses msini = 10.6 ± 0.6, 6.8 ± 0.9, and 29 ± 3 M⊕, respectively. We hold our interpretations for the two additional signals with periods P(e) = 19.4 and P(f) = 108 days. The inner pair presents an orbital period ratio of 2.97, but a dynamical analysis of the system shows that it lays outside the 3:1 mean motion resonance. The planet GJ 163c, in particular, is a super-Earth with an equilibrium temperature of Teq = (302 ± 10)(1 − A)1/4 K and may lie in the so-called habitable zone for albedo values (A = 0.34 − 0.89) moderately higher than that of Earth (A⊕ = 0.2−0.3).

The PLATO 2.0 mission

PLATO 2.0 has recently been selected for ESA’s M3 launch opportunity (2022/24). Providing accurate key planet parameters (radius, mass, density and age) in statistical numbers, it addresses fundamental questions such as: How do planetary systems form and evolve? Are there other systems with planets like ours, including potentially habitable planets? The PLATO 2.0 instrument consists of 34 small aperture telescopes (32 with 25 s readout cadence and 2 with 2.5 s candence) providing a wide field-of-view (2232 deg 2) and a large photometric magnitude range (4–16 mag). It focusses on bright (4–11 mag) stars in wide fields to detect and characterize planets down to Earth-size by photometric transits, whose masses can then be determined by ground-based radial-velocity follow-up measurements. Asteroseismology will be performed for these bright stars to obtain highly accurate stellar parameters, including masses and ages. The combination of bright targets and asteroseismology results in high accuracy for the bulk planet parameters: 2 %, 4–10 % and 10 % for planet radii, masses and ages, respectively. The planned baseline observing strategy includes two long pointings (2–3 years) to detect and bulk characterize planets reaching into the habitable zone (HZ) of solar-like stars and an additional step-and-stare phase to cover in total about 50 % of the sky. PLATO 2.0 will observe up to 1,000,000 stars and detect and characterize hundreds of small planets, and thousands of planets in the Neptune to gas giant regime out to the HZ. It will therefore provide the first large-scale catalogue of bulk characterized planets with accurate radii, masses, mean densities and ages. This catalogue will include terrestrial planets at intermediate orbital distances, where surface temperatures are moderate. Coverage of this parameter range with statistical numbers of bulk characterized planets is unique to PLATO 2.0. The PLATO 2.0 catalogue allows us to e.g.: - complete our knowledge of planet diversity for low-mass objects, - correlate the planet mean density-orbital distance distribution with predictions from planet formation theories,- constrain the influence of planet migration and scattering on the architecture of multiple systems, and - specify how planet and system parameters change with host star characteristics, such as type, metallicity and age. The catalogue will allow us to study planets and planetary systems at different evolutionary phases. It will further provide a census for small, low-mass planets. This will serve to identify objects which retained their primordial hydrogen atmosphere and in general the typical characteristics of planets in such low-mass, low-density range. Planets detected by PLATO 2.0 will orbit bright stars and many of them will be targets for future atmosphere spectroscopy exploring their atmosphere. Furthermore, the mission has the potential to detect exomoons, planetary rings, binary and Trojan planets. The planetary science possible with PLATO 2.0 is complemented by its impact on stellar and galactic science via asteroseismology as well as light curves of all kinds of variable stars, together with observations of stellar clusters of different ages. This will allow us to improve stellar models and study stellar activity. A large number of well-known ages from red giant stars will probe the structure and evolution of our Galaxy. Asteroseismic ages of bright stars for different phases of stellar evolution allow calibrating stellar age-rotation relationships. Together with the results of ESA’s Gaia mission, the results of PLATO 2.0 will provide a huge legacy to planetary, stellar and galactic science.

SALSA: a tool to estimate the stray light contamination for low-Earth orbit observatories

Stray light contamination reduces considerably the precision of photometric of faint stars for low altitude spaceborne observatories. When measuring faint objects, the necessity of coping with stray light contamination arises in order to avoid systematic impacts on low signal-to-noise images. Stray light contamination can be represented by a flat offset in CCD data. Mitigation techniques begin by a comprehensive study during the design phase, followed by the use of target pointing optimisation and post-processing methods. We present a code that aims at simulating the stray-light contamination in low-Earth orbit coming from reflexion of solar light by the Earth. StrAy Light SimulAtor (SALSA) is a tool intended to be used at an early stage as a tool to evaluate the effective visible region in the sky and, therefore to optimise the observation sequence. SALSA can compute Earth stray light contamination for significant periods of time allowing missionwide parameters to be optimised (e.g. impose constraints on the point source transmission function (PST) and/or on the altitude of the satellite). It can also be used to study the behaviour of the stray light at different seasons or latitudes. Given the position of the satellite with respect to the Earth and the Sun, SALSA computes the stray light at the entrance of the telescope following a geometrical technique. After characterising the illuminated region of the Earth, the portion of illuminated Earth that affects the satellite is calculated. Then, the flux of reflected solar photons is evaluated at the entrance of the telescope. Using the PST of the instrument, the final stray light contamination at the detector is calculated. The analysis tools include time series analysis of the contamination, evaluation of the sky coverage and an objects visibility predictor. Effects of the South Atlantic Anomaly and of any shutdown periods of the instrument can be added. Several designs or mission concepts can be easily tested and compared. The code is not thought as a stand-alone mission designer. Its mandatory inputs are a time series describing the trajectory of the satellite and the characteristics of the instrument. This software suite has been applied to the design and analysis of CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanet Satellite). This mission requires very high precision photometry to detect very shallow transits of exoplanets. Different altitudes and characteristics of the detector have been studied in order to find the best parameters, that reduce the effect of contamination. © (2014) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). Downloading of the abstract is permitted for personal use only.

Shaping the PSF to nearly top-hat profile: CHEOPS laboratory results

Spreading the PSF over a quite large amount of pixels is an increasingly used observing technique in order to reach extremely precise photometry, such as in the case of exoplanets searching and characterization via transits observations. A PSF top-hat profile helps to minimize the errors contribution due to the uncertainty on the knowledge of the detector flat field. This work has been carried out during the recent design study in the framework of the ESA small mission CHEOPS. Because of lack of perfect flat-fielding information, in the CHEOPS optics it is required to spread the light of a source into a well defined angular area, in a manner as uniform as possible. Furthermore this should be accomplished still retaining the features of a true focal plane onto the detector. In this way, for instance, the angular displacement on the focal plane is fully retained and in case of several stars in a field these look as separated as their distance is larger than the spreading size. An obvious way is to apply a defocus, while the presence of an intermediate pupil plane in the Back End Optics makes attractive to introduce here an optical device that is able to spread the light in a well defined manner, still retaining the direction of the chief ray hitting it. This can be accomplished through an holographic diffuser or through a lenslet array. Both techniques implement the concept of segmenting the pupil into several sub-zones where light is spread to a well defined angle. We present experimental results on how to deliver such PSF profile by mean of holographic diffuser and lenslet array. Both the devices are located in an intermediate pupil plane of a properly scaled laboratory setup mimicking the CHEOPS optical design configuration. © (2014) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). Downloading of the abstract is permitted for personal use only.

The Interplay between Melting, Refertilization and Carbonatite Metasomatism in Off-Cratonic Lithospheric Mantle under Zealandia: an Integrated Major, Trace and Platinum Group Element Study

It is widely accepted that stabilization of the continental crust requires the presence of sub-continental lithospheric mantle. However, the degree of melt depletion required to stabilize the lithosphere and whether widespread refertilization is a significant process remain unresolved. Here, major and trace element, including platinum group elements (PGE), characterization of 40 mantle xenoliths from 13 localities is used to constrain the melt depletion, refertilization and metasomatic history of lithospheric mantle underneath the micro-continent Zealandia. Our previously published Re–Os isotopic data for a subset of these xenoliths indicate Phanerozoic to Paleoproterozoic ages and, reinterpreted with the new major and trace element data presented here, demonstrate that a large volume (>2 million km3) of lithospheric mantle with an age of 1·99 ± 0·21 Ga is present below the much younger crust of Zealandia. A peritectic melting model using moderately incompatible trace elements (e.g. Yb) in bulk-rocks demonstrates that these peridotites experienced a significant range of degrees of partial melting, between 3 and 28%. During subsolidus equilibration clinopyroxene gains significant rare earth elements (REE), which then leads to the underestimation of the degree of partial melting by ≤12% in fertile xenoliths. A new approach taking into account the effects of subsolidus re-equilibration on clinopyroxene composition effectively removes discrepancies in the calculated degree of melting and provides consistent estimates of between 4 and 29%. The estimated amount of melting is independent of the Re–Os model ages of the samples. The PGE patterns record simple melt depletion histories and the retention of primary base metal sulfides in the majority of the xenoliths. A rapid decrease in Pt/IrN observed at c. 1·0 wt % Al2O3 is a direct result of the exhaustion of sulfide in the mantle residue at c. 20–25% partial melting and the inability of Pt to form a stable alloy phase. Major elements preserve evidence for refertilization by a basaltic component that resulted in the formation of secondary clinopyroxene and low-forsterite olivine. The majority of xenoliths show the effects of cryptic metasomatic overprinting, ranging from minor to strong light REE enrichments in bulk-rocks (La/YbN = 0·16–15·9). Metasomatism is heterogeneous, with samples varying from those with weak REE enrichment and notable positive Sr and U–Th anomalies and negative Nb–Ta anomalies in clinopyroxene to those that have extremely high concentrations of REE, Th–U and Nb. Chemical compositions are consistent with a carbonatitic component contributing to the metasomatism of the lithosphere under Zealandia. Notably, the intense metasomatism of the samples did not affect the PGE budget of the peridotites as this was controlled by residual sulfides.

Physiological Responses to Environmental Variation in Intertidal Red Algae: Does Thallus Morphology Matter?

Morphological variation within and among many species of algae show correlated life history traits. The trade-offs of Life history traits among different morphs are presumed to be determined by morphology. Form-function hypotheses also predict that algae of different morphological groups exhibit different tolerances to physiological stress, whereas algae within a morphological group respond similarly to stress. We tested this hypothesis by comparing photosynthetic and respiratory responses to variation in season, light, temperature, desiccation and freezing among the morphologically similar fronds of Chondrus crispus and Mastocarpus stellatus and the alternate stage crust of M. stellatus. Physiological differences between fronds of the 2 species and crusts and fronds were consistent with their patterns of distribution and abundance in the intertidal zone. However, there was no clear relationship between algal morphology and physiological response to environmental variation. These results suggest that among macroalgae the correlation between Life history traits and morphology is not always causal. Rather, the link between life history traits and morphology is constrained by the extent to which physiological characteristics codetermine these features.