Synorogenic extension in the Tethyan Himalaya documented by structural studies and the Kubler index, Lachung La area, NW India

Tectonic observations in the Tethyan Himalaya reveal an important extensional event that succeeds the emplacement of SW-verging nappes. A major thrust, called the Kum Tso Thrust, has been backfolded and reactivated by normal faulting associated with this event. Measurements of the Kubler index, coupled with characterization of clay-size paragenesis show the effect of normal faulting on the regional metamorphic zonation and indicate that important extension zones, like the Sarchu-Lachung La Normal Fault Zone (SLFZ), exist within the Tethyan Himalaya. Diagenetic limestones from within the SLFZ are characterized by the occurrence of mixed-layered clay phases, kaolinite and an illite with a 001 peak >0.4 Delta degrees2 theta. This zone is bordered by two anchizonal-to-epizonal zones, where illite peaks become narrower. Further to the NE the successive appearance of biotite, chloritoid, garnet and garnet-staurolite-kyanite assemblapes testifies to an increase in metamorphic grade. The cataclastic samples from the normal faults contain kaolinite, smectite and a `broad' illite, indicating that extension occurs under diagenetic conditions.

New Early to Middle Triassic U-Pb ages from South China: Calibration with ammonoid biochronozones and implications for the timing of the Triassic biotic recovery

New zircon U-Pb ages are proposed for late Early and Middle Triassic volcanic ash layers from the Luolou and Baifeng formations (northwestern Guangxi, South China). These ages are based on analyses of single, thermally annealed and chemically abraded zircons. Calibration with ammonoid ages indicate a 250.6 +/- 0.5 Ma age for the early Spathian Tirolites/Columbites beds, a 248.1 +/- 0.4 Ma age for the late Spathian Neopopanoceras haugi Zone, a 246.9 +/- 0.4 Ma age for the early middle Anisian Acrochordiceras hyatti Zone, and a 244.6 +/- 0.5 Ma age for the late middle Anisian Balatonites shoshonensis Zone. The new dates and previously published U-Pb ages indicate a duration of ca. 3 my for the Spathian, and minimal durations of 4.5 +/- 0.6 my for the Early Triassic and of 6.6+0.7/-0.9 my for the Anisian. The new Spathian dates are in a better agreement with a 252.6 +/- 0.2 Ma age than with a 251.4 +/- 0.3 Ma age for the Permian-Triassic boundary. These dates also highlight the extremely uneven duration of the four Early Triassic substages (Griesbachian, Dienerian, Smithian, and Spathian), of which the Spathian exceeds half of the duration of the entire Early Triassic. The simplistic assumption of equal duration of the four Early Triassic subdivisions is no longer tenable for the reconstruction of recovery patterns following the end Permian mass extinction. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Implications of the serpentine phase transition on the behaviour of beryllium and lithium-boron of subducted ultramafic rocks

The Totalp-Platta-Malenco ophiolites in the Eastern Central Alps offer a unique opportunity to study the behaviour of Li, Be and B in ultramafic rocks in response to serpentinization and to progressive Alpine metamorphism. These units represent the remnants of a former ocean-continent transition that was intensely serpentinized during exposure on the Jurassic seafloor of the Ligurian Tethys. From north to the south, three isograd reactions (lizardite double right arrow antigorite + brucite; lizardite + talc double right arrow antigorite; lizardite + tremolite double right arrow antigorite + diopside) have been used to quantify the evolution of the light element content of metamorphic minerals. We determined the Li, Be and B concentrations in major silicate minerals from the ultramafic bodies of Totalp, Platta and Malenco by secondary ion mass spectrometry. Mantle minerals have Be concentrations (e.g. <0.001-0.009 mu g/g in olivine) similar to the metamorphic minerals that replace them (e.g. <0.001-0.016 mu g/g in serpentine). The mantle signature of Be is thus neither erased during seafloor alteration nor by progressive metamorphism from prehnite-pumpellyite to epidote-amphibolite facies. In contrast, the Li and B inventories of metamorphic minerals are related to the lizardite-to-antigorite transition. Both elements display higher concentrations in the low-temperature serpentine polymorph lizardite (max. 156 mu/g Li, max. 318 mu g/g B) than in antigorite (max. 0.11 mu g/g Li, max. 12 mu g/g B). Calculated average B/Li ratios for lizardite (similar to 1395) and antigorite (similar to 115) indicate that Li fractionates from B during the lizardite-to-antigorite transition during prograde metamorphism in ultramafic rocks. In subduction zones, this signature is likely to be recorded in the B-rich nature of forearc fluids. Relative to oceanic mantle the Be content of mantle clinopyroxene is much higher, but similar to Be values from mantle xenoliths and subduction-related peridotite massifs. These data support previous hypothesis that the mantle rocks from the Eastern Central Alps have a subcontinental origin. We conclude that Be behaves conservatively during subduction metamorphism of ultramafic rocks, at least at low-temperature, and thus retains the fingerprint of ancient subduction-related igneous events in mantle peridotites. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The duration of prograde garnet crystallization in the UHP eclogites at Lago di Cignana, Italy

The distinct core-to-rim zonation of different REEs in garnet in metamorphic rocks, specifically Sm relative to Lu, suggests that Sm-Nd and Lu-Hf isochron ages will record different times along a prograde garnet growth history. Therefore, REE zonations in garnet must be measured in order to correctly interpret the isochron ages in terms of the garnet growth interval, which could span several m.y. New REE profiles, garnet crystal size distributions, and garnet growth modeling, combined with previously published Sm-Nd and Lu-Hf geochronology on a UHP eclogite of the Zermatt-Saas Fee (ZSF) ophiolite, Lago di Cignana (Italy), demonstrate that prograde garnet growth of this sample occurred over a similar to 30 to 40 m.y. interval. Relative to peak metamorphism at 38 to 40 Ma, garnet growth is estimated to have begun at similar to 11 to 14 kbar pressure at similar to 70 to 80 Ma. Although such a protracted garnet growth interval is surprising, this is supported by plate tectonic reconstructions which suggest that subduction of the Liguro-Piemont ocean occurred through slow and oblique convergence. These results demonstrate that REE zonations in garnet, coupled to crystal size distributions, provide a powerful means for understanding prograde metamorphic paths when combined with Sm-Nd and Lu-Hf geochronology. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Reconstructing paleoelevation in eroded orogens

Hydrogen isotope and Ar-40/Ar-39 geochronological data are presented from muscovite within a crustal-scale extensional detachment of the Shuswap Metamorphic Complex, North American Cordillera. The hydrogen isotope compositions (deltaD(ms)) of precisely dated muscovite attain values as low as -156parts per thousand in the detachment mylonite, whereas footwall quartzite has a deltaD(ms) value of -81parts per thousand. The very low deltaD(ms) values in the detachment are best explained by infiltration of meteoric water, with maximum deltaD values of -135parts per thousand +/- 3parts per thousand, during extensional unroofing of the orogen at 49.0-47.9 Ma. On the basis of the empirically determined relationship between elevation and isotopic composition of precipitation, the reconstructed early Eocene paleoelevations of the orogen are 4060 +/- 250 m to 4320 +/- 250 m, at least 1000 m higher than the highest present-day peaks. We propose that the isotopic composition of surface-derived waters in extensional detachments represents a newly recognized method to estimate maximum paleoelevations attained immediately preceding extensional orogenic collapse.

Microstructural, chemical and textural records during growth of snowball garnet

The growth history of two populations of snowball garnet from the Lukmanier Pass area (central Swiss Alps) was examined through a detailed analysis of three-dimensional geometry, chemical zoning and crystallographic orientation. The first population, collected in the hinge of a chevron-type fold, shows an apparent rotation of 360 degrees. The first 270 degrees are characterized by spiral-shaped inclusion trails, gradual and concentric Mn zoning and a single crystallographic orientation, whereas in the last 90 degrees, crenulated inclusion trails and secondary Mn maxima centred on distinct crystallographic garnet domains are observed. Microstructural, geochemical and textural data indicate a radical change in growth regime between the two growth sequences. In the first 270 degrees, growth occurred under rotational non-coaxial flow, whereas in the last 90 degrees, garnet grew under a non-rotational shortening regime. The second population, collected in the limb of the same chevron-type fold structure, is characterized by a spiral geometry that does not exceed 270 degrees of apparent rotation. These garnet microstructures do not record any evidence for a modification of the stress field during garnet growth. Concentric Mn zoning as well as a single crystallographic orientation are observed for the entire spiral. Electron backscatter diffraction data indicate that nearly all central domains in the snowball garnet are characterized by one [001] axis oriented (sub-)parallel to the symmetry axis and by another [001] axis oriented (sub-)parallel to the orientation of the internal foliation. These features suggest that the crystallographic orientation across the garnet spiral is not random and that a relation exists among the symmetry axis, the internal foliation and the crystallographic orientation.

Application of low temperature thermochronology to understanding cooling and exhumation in the Central Swiss Alps

THESIS ABSTRACT : Low-temperature thermochronology relies on application of radioisotopic systems whose closure temperatures are below temperatures at which the dated phases are formed. In that sense, the results are interpreted as "cooling ages" in contrast to "formation ages". Owing to the low closure-temperatures, it is possible to reconstruct exhumation and cooling paths of rocks during their residence at shallow levels of the crust, i.e. within first ~10 km of depth. Processes occurring at these shallow depths such as final exhumation, faulting and relief formation are fundamental for evolution of the mountain belts. This thesis aims at reconstructing the tectono-thermal history of the Aar massif in the Central Swiss Alps by means of zircon (U-Th)/He, apatite (U-Th)/He and apatite fission track thermochronology. The strategy involved acquisition of a large number of samples from a wide range of elevations in the deeply incised Lötschen valley and a nearby NEAT tunnel. This unique location allowed to precisely constrain timing, amount and mechanisms of exhumation of the main orographic feature of the Central Alps, evaluate the role of topography on the thermochronological record and test the impact of hydrothermal activity. Samples were collected from altitudes ranging between 650 and 3930 m and were grouped into five vertical profiles on the surface and one horizontal in the tunnel. Where possible, all three radiometric systems were applied to each sample. Zircon (U-Th)/He ages range from 5.1 to 9.4 Ma and are generally positively correlated with altitude. Age-elevation plots reveal a distinct break in slope, which translates into exhumation rate increasing from ~0.4 to ~3 km/Ma at 6 Ma. This acceleration is independently confirmed by increased cooling rates on the order of 100°C/Ma constrained on the basis of age differences between the zircon (U-Th)/He and the remaining systems. Apatite fission track data also plot on a steep age-elevation curve indicating rapid exhumation until the end of the Miocene. The 6 Ma event is interpreted as reflecting tectonically driven uplift of the Aar massif. The late Miocene timing implies that the increase of precipitation in the Pliocene did not trigger rapid exhumation in the Aar massif. The Messinian salinity crisis in the Mediterranean could not directly intensify erosion of the Aar but associated erosional output from the entire Alps may have tapered the orogenic wedge and caused reactivation of thrusting in the Aar massif. The high exhumation rates in the Messinian were followed by a decrease to ~1.3 km/Ma as evidenced by ~8 km of exhumation during last 6 Ma. The slowing of exhumation is also apparent from apatite (U-Th)1He age-elevation data in the northern part of the Lötschen valley where they plot on a ~0.5km/Ma line and range from 2.4 to 6.4 Ma However, from the apatite (U-Th)/He and fission track data from the NEAT tunnel, there is an indication of a perturbation of the record. The apatite ages are youngest under the axis of the valley, in contrast to an expected pattern where they would be youngest in the deepest sections of the tunnel due to heat advection into ridges. The valley however, developed in relatively soft schists while the ridges are built of solid granitoids. In line with hydrological observations from the tunnel, we suggest that the relatively permeable rocks under the valley floor, served as conduits of geothermal fluids that caused reheating leading to partial Helium loss and fission track annealing in apatites. In consequence, apatite ages from the lowermost samples are too young and the calculated exhumation rates may underestimate true values. This study demonstrated that high-density sampling is indispensable to provide meaningful thermochronological data in the Alpine setting. The multi-system approach allows verifying plausibility of the data and highlighting sources of perturbation. RÉSUMÉ DE THÈSE : La thermochronologie de basse température dépend de l'utilisation de systèmes radiométriques dont la température de fermeture est nettement inférieure à la température de cristallisation du minéral. Les résultats obtenus sont par conséquent interprétés comme des âges de refroidissement qui diffèrent des âges de formation obtenus par le biais d'autres systèmes de datation. Grâce aux températures de refroidissement basses, il est aisé de reconstruire les chemins de refroidissement et d'exhumation des roches lors de leur résidence dans la croute superficielle (jusqu'à 10 km). Les processus qui entrent en jeu à ces faibles profondeurs tels que l'exhumation finale, la fracturation et le faillage ainsi que la formation du relief sont fondamentaux dans l'évolution des chaînes de montagne. Ces dernières années, il est devenu clair que l'enregistrement thermochronologique dans les orogènes peut être influencé par le relief et réinitialisé par l'advection de la chaleur liée à la circulation de fluides géothermaux après le refroidissement initial. L'objectif de cette thèse est de reconstruire l'histoire tectono-thermique du massif de l'Aar dans les Alpes suisses Centrales à l'aide de trois thermochronomètres; (U-Th)/He sur zircon, (U-Th)/He sur apatite et les traces de fission sur apatite. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons récolté un grand nombre d'échantillons provenant de différentes altitudes dans la vallée fortement incisée de Lötschental ainsi que du tunnel de NEAT. Cette stratégie d'échantillonnage nous a permis de contraindre de manière précise la chronologie, les quantités et les mécanismes d'exhumation de cette zone des Alpes Centrales, d'évaluer le rôle de la topographie sur l'enregistrement thermochronologique et de tester l'impact de l'hydrothermalisme sur les géochronomètres. Les échantillons ont été prélevés à des altitudes comprises entre 650 et 3930m selon 5 profils verticaux en surface et un dans le tunnel. Quand cela à été possible, les trois systèmes radiométriques ont été appliqués aux échantillons. Les âges (U-Th)\He obtenus sur zircons sont compris entre 5.l et 9.4 Ma et sont corrélés de manière positive avec l'altitude. Les graphiques représentant l'âge et l'élévation montrent une nette rupture de la pente qui traduisent un accroissement de la vitesse d'exhumation de 0.4 à 3 km\Ma il y a 6 Ma. Cette accélération de l'exhumation est confirmée par les vitesses de refroidissement de l'ordre de 100°C\Ma obtenus à partir des différents âges sur zircons et à partir des autres systèmes géochronologiques. Les données obtenues par traces de fission sur apatite nous indiquent également une exhumation rapide jusqu'à la fin du Miocène. Nous interprétons cet évènement à 6 Ma comme étant lié à l'uplift tectonique du massif de l'Aar. Le fait que cet évènement soit tardi-miocène implique qu'une augmentation des précipitations au Pliocène n'a pas engendré cette exhumation rapide du massif de l'Aar. La crise Messinienne de la mer méditerranée n'a pas pu avoir une incidence directe sur l'érosion du massif de l'Aar mais l'érosion associée à ce phénomène à pu réduire le coin orogénique alpin et causer la réactivation des chevauchements du massif de l'Aar. L'exhumation rapide Miocène a été suivie pas une diminution des taux d'exhumation lors des derniers 6 Ma (jusqu'à 1.3 km\Ma). Cependant, les âges (U-Th)\He sur apatite ainsi que les traces de fission sur apatite des échantillons du tunnel enregistrent une perturbation de l'enregistrement décrit ci-dessus. Les âges obtenus sur les apatites sont sensiblement plus jeunes sous l'axe de la vallée en comparaison du profil d'âges attendus. En effet, on attendrait des âges plus jeunes sous les parties les plus profondes du tunnel à cause de l'advection de la chaleur dans les flancs de la vallée. La vallée est creusée dans des schistes alors que les flancs de celle-ci sont constitués de granitoïdes plus durs. En accord avec les observations hydrologiques du tunnel, nous suggérons que la perméabilité élevée des roches sous l'axe de la vallée à permi l'infiltration de fluides géothermaux qui a généré un réchauffement des roches. Ce réchauffement aurait donc induit une perte d'Hélium et un recuit des traces de fission dans les apatites. Ceci résulterait en un rajeunissement des âges apatite et en une sous-estimation des vitesses d'exhumation sous l'axe de la vallée. Cette étude à servi à démontrer la nécessité d'un échantillonnage fin et précis afin d'apporter des données thermochronologiques de qualité dans le contexte alpin. Cette approche multi-système nous a permi de contrôler la pertinence des données acquises ainsi que d'identifier les sources possibles d'erreurs lors d'études thermochronologiques. RÉSUMÉ LARGE PUBLIC Lors d'une orogenèse, les roches subissent un cycle comprenant une subduction, de la déformation, du métamorphisme et, finalement, un retour à la surface (ou exhumation). L'exhumation résulte de la déformation au sein de la zone de collision, menant à un raccourcissement et un apaissessement de l'édifice rocheux, qui se traduit par une remontée des roches, création d'une topographie et érosion. Puisque l'érosion agit comme un racloir sur la partie supérieure de l'édifice, des tentatives de corrélation entre les épisodes d'exhumation rapide et les périodes d'érosion intensive, dues aux changements climatiques, ont été effectuées. La connaissance de la chronologie et du lieu précis est d'une importance capitale pour une quelconque reconstruction de l'évolution d'une chaîne de montagne. Ces critères sont donnés par un retraçage des changements de la température de la roche en fonction du temps, nous donnant le taux de refroidissement. L'instant auquel les roches ont refroidit, passant une certaine température, est contraint par l'application de techniques de datation par radiométrie. Ces méthodes reposent sur la désintégration des isotopes radiogéniques, tels que l'uranium et le potassium, tous deux abondants dans les roches de la croûte terrestre. Les produits de cette désintégration ne sont pas retenus dans les minéraux hôtes jusqu'au moment du refroidissement de la roche sous une température appelée 'de fermeture' , spécifique à chaque système de datation. Par exemple, la désintégration radioactive des atomes d'uranium et de thorium produit des atomes d'hélium qui s'échappent d'un cristal de zircon à des températures supérieures à 200°C. En mesurant la teneur en uranium-parent, l'hélium accumulé et en connaissant le taux de désintégration, il est possible de calculer à quel moment la roche échantillonnée est passée sous la température de 200°C. Si le gradient géothermal est connu, les températures de fermeture peuvent être converties en profondeurs actuelles (p. ex. 200°C ≈ 7km), et le taux de refroidissement en taux d'exhumation. De plus, en datant par système radiométrique des échantillons espacés verticalement, il est possible de contraindre directement le taux d'exhumation de la section échantillonnée en observant les différences d'âges entre des échantillons voisins. Dans les Alpes suisses, le massif de l'Aar forme une structure orographique majeure. Avec des altitudes supérieures à 4000m et un relief spectaculaire de plus de 2000m, le massif domine la partie centrale de la chaîne de montagne. Les roches aujourd'hui exposées à la surface ont été enfouies à plus de 10 km de profond il y a 20 Ma, mais la topographie actuelle du massif de l'Aar semble surtout s'être développée par un soulèvement actif depuis quelques millions d'années, c'est-à-dire depuis le Néogène supérieur. Cette période comprend un changement climatique soudain ayant touché l'Europe il y a environ 5 Ma et qui a occasionné de fortes précipitations, entraînant certainement une augmentation de l'érosion et accélérant l'exhumation des Alpes. Dans cette étude, nous avons employé le système de datation (U-TH)/He sur zircon, dont la température de fermeture de 200°C est suffisamment basse pour caractériser l'exhumation du Néogène sup. /Pliocène. Les échantillons proviennent du Lötschental et du tunnel ferroviaire le plus profond du monde (NEAT) situé dans la partie ouest du massif de l'Aar. Considérés dans l'ensemble, ces échantillons se répartissent sur un dénivelé de 3000m et des âges de 5.1 à 9.4 Ma. Les échantillons d'altitude supérieure (et donc plus vieux) documentent un taux d'exhumation de 0.4 km/Ma jusqu'à il y a 6 Ma, alors que les échantillons situés les plus bas ont des âges similaires allant de 6 à 5.4 Ma, donnant un taux jusqu'à 3km /Ma. Ces données montrent une accélération dramatique de l'exhumation du massif de l'Aar il y a 6 Ma. L'exhumation miocène sup. du massif prédate donc le changement climatique Pliocène. Cependant, lors de la crise de salinité d'il y a 6-5.3 Ma (Messinien), le niveau de la mer Méditerranée est descendu de 3km. Un tel abaissement de la surface d'érosion peut avoir accéléré l'exhumation des Alpes, mais le bassin sud alpin était trop loin du massif de l'Aar pour influencer son érosion. Nous arrivons à la conclusion que la datation (U-Th)/He permet de contraindre précisément la chronologie et l'exhumation du massif de l'Aar. Concernant la dualité tectonique-érosion, nous suggérons que, dans le cas du massif de l'Aar, la tectonique prédomine.

Formation of chlorite during thrust fault reactivation. Record of fluid origin and P-T conditions in the Monte Perdido thrust fault (southern Pyrenees)

The chemical and isotopic compositions of clay minerals such as illite and chlorite are commonly used to quantify diagenetic and low-grade metamorphic conditions, an approach that is also used in the present study of the Monte Perdido thrust fault from the South Pyrenean fold-and-thrust belt. The Monte Perdido thrust fault is a shallow thrust juxtaposing upper Cretaceous-Paleocene platform carbonates and Lower Eocene marls and turbidites from the Jaca basin. The core zone of the fault, about 6 m thick, consists of intensely deformed clay-bearing rocks bounded by major shear surfaces. Illite and chlorite are the main hydrous minerals in the fault zone. Illite is oriented along cleavage planes while chlorite formed along shear veins (< 50 mu m in thickness). Authigenic chlorite provides essential information about the origin of fluids and their temperature. delta O-18 and delta D values of newly formed chlorite support equilibration with sedimentary interstitial water, directly derived from the local hanging wall and footwall during deformation. Given the absence of large-scale fluid flow, the mineralization observed in the thrust faults records the P-T conditions of thrust activity. Temperatures of chlorite formation of about 240A degrees C are obtained via two independent methods: chlorite compositional thermometers and oxygen isotope fractionation between cogenetic chlorite and quartz. Burial depth conditions of 7 km are determined for the Monte Perdido thrust reactivation, coupling calculated temperature and fluid inclusion isochores. The present study demonstrates that both isotopic and thermodynamic methods applied to clay minerals formed in thrust fault are useful to help constrain diagenetic and low-grade metamorphic conditions.

Bitumens in the late Variscan hydrothermal vein-type uranium deposit of Pribram, Czech Republic: Sources, radiation-induced alteration, and relation to mineralization

The late Variscan (275-278 Ma) Pribram uranium deposit is one of the largest known accumulations of uraniferous bitumens in hydrothermal veins. The deposit extends along the northwestern boundary of the Central Bohemian pluton (345-335 Ma) with low-grade metamorphosed Late Proterozoic and unmetamorphosed Cambrian rocks. From a net uranium production of 41,742 metric tons (t), more than 6,000 t were extracted from bitumen-uraninite ores during 43 years of exploration and mining. Three morphological varieties of solid bitumen are recognized: globular, asphaltlike, and cokelike. While the globular bitumen is uranium free, the other two types are uraniferous. The amount of bitumen in ore veins gradually decreases toward the contact with the plutonic body and increases with depth. Two types of bitumen microtextures are recognized using high-resolution transmission electron microscopy: amorphous and microporous, the former being less common in uraniferous samples. A lower Raman peak area ratio (1,360/1,575 cm(-1)) in mineralized bitumens (0.9) compared with uranium-free samples (2.0) indicates a lower degree of microtextural organization in the latter The H/C and O/C atomic ratios in uranium-free bitumens (0.9-1.1 and 0.09, respectively) are higher than those in mineralized samples (H/C = 0.3-0.8, O/C = 0.03-0.09). The chloroform extractable matter yield is Very low in uranium-free bitumens (0.30-0.35% of the total organic carbon,TOC) and decreases with uranium content increase. The extracted solid uraniferous bitumen infrared spectra show depletion in aliphatic CH2 and CH3 groups compared to uranium-free samples. The concentration of oxygen-bearing functional groups relative to aromatic bonds in the IR spectra of uranium-free and mineralized bitumen, however, do not differ significantly. C-13 NMR confirmed than the aromaticity of a uraniferous sample is higher (F-ar = 0.61) than in the uranium-free bitumen (F-ar = 0.51). Pyrolysates from uraniferous and nonuraniferous bitumens do not differ significantly, being predominantly cresol, alkylphenols, alkylbenzenes, and alkylnaphthalenes. The liquid pyrolysate yield decreases significantly with increasing uranium content. The delta(13)C Values of bulk uranium-free bitumens and low-grade uraniferous, asphaltlike bitumens range from -43.6 to 52.3 per mil. High-grade, cokelike, uraniferous bitumens are more C-13 depleted (54.5 to -58.4 parts per thousand). In contrast to the very light isotopic ratios of the high-grade uraniferous cokelike bitumen bulk carbon, the individual n-alkanes and isoprenoids (pristane and phytane) extracted from the same sample are significantly C-13 enriched. The isotopic composition of the C13-24 n-alkanes extracted from the high-grade uraniferous sample (delta(13)C = -28.0 to 32.6 parts per thousand) are heavier compared with the same compounds in a uranium-free sample (delta(13)C = 31.9 to 33.8 parts per thousand). It is proposed that the bitumen source was the isotopically light (delta(13)C = 35.8 to 30.2 parts per thousand) organic matter of the Upper Proterozoic host rocks that were pyrolyzed during intrusion of the Central Bohemian pluton. The C-13- depleted pyrolysates were mobilized from the innermost part of the contact-metamorphic aureole, accumulated in structural traps in less thermally influenced parts of the sedimentary complex and were later extracted by hydrothermal fluids. Bitumens at the Pribram deposit are younger than the main part of the uranium mineralization and were formed through water-washing and radiation-induced polymerization of both the gaseous and liquid pyrolysates. Direct evidence for pyrolysate reduction of uranium in the hydrothermal system is difficult to obtain as the chemical composition of the original organic fluid phase was modified during water-washing and radiolytic alteration. However, indirect evidence-e.g., higher O/C atomic ratios in uranium-free bitumens (0.1) relative to the Upper Proterozoic source rocks (0.02-0.05), isotopically very light carbon in associated whewellite (delta(13)C = 31.7 to -28.4 parts per thousand), and the striking absence of bitumens in the pre-uranium, hematite stage of the mineralization-indicates that oxidation of organic fluids may have contributed to lowering of aO(2) and uraninite precipitation.

Early Variscan I-type pluton in the pre-Alpine basement of the Western Alps: The ca. 360 Ma Cogne diorite (NW-Italy)

Located at the internal border of the Grand-Saint-Bernard Zone, the diorite and its aureole lie on top of intensively studied Alpine eclogitic units but this pluton, poorly studied yet, has kept locally almost undeformed. The pluton intruded, at similar to 360 Ma, country-rocks mostly composed of dark shales with Na2O > K2O and minor mafic intercalations of tholeiitic basalt affinity. This association is characteristic of the Vanoise (France) basement series, where available age determinations suggest an Early Paleozoic age. Parts of the pluton, and of its hornfels aureole that is evidenced here for the first time, in the Punta Bioula section of Valsavaranche valley (NW-Italy), have been well-preserved from the Alpine deformation. Syn-emplacement hardening, dehydration-induced, probably prevented strain-enhanced Alpine recrystallization. Magmatic rock-types range continuously from subordinate mafic types at SiO2 similar to 48%, of hornblendite with cumulative or appinite affinities, to the main body of quartz diorite to quartz monzonite (SiO2 up to 62%). P-T estimates for the pluton emplacement, based on the abundance of garnet in the hornfelses, using also zircon and apatite saturation thermometry and Al-in-hornblende barometry, suggest T similar to 800-950 degrees C and minimum P in the 0.2-0.5 GPa range, with records of higher pressure conditions (up to 1-2 GPa?) in hornblendite phlogopite-cored amphibole. The high-K, Na > K, calcalkaline geochemistry is in line with a destructive plate-margin setting. Based on major element data and radiogenic isotope signature (epsilon Nd-360 Ma from -1.2 to + 0.9, Sr-87/Sr-86(360 MA) from 0.7054 to 0.7063), the parental magmas are interpreted in terms of deep-seated metabasaltic partial melts with limited contamination from shallower sources, the low radiogenic Nd-content excluding a major contribution from Vanoise tholeiites. There is no other preserved evidence for Variscan magmatism of similar age and composition in the Western Alps, but probable analogs are known in the western and northern parts of French Massif Central. Regarding the Alpine tectonics, not only the age of the pluton and its host-rocks (instead of the Permo-Carboniferous age previously believed), but also its upper mylonitic contact, suggest revisions of the Alpine nappe model. The Cogne diorite allegedly constituted the axial part of the E-verging ``pli en retour [backfold] du Valsavaranche'', a cornerstone of popular Alpine structural models: in fact, the alleged fold limbs, as attested here by field and geochemical data, do not belong to the same unit, and the backfold hypothesis is unfounded. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé grand public Comme toute matière, la roche est sensible à son environnement et cherche à s'adapter pour acquérir un état stable (état d'équilibre). Les changements des conditions physiques (température et pression) vont ainsi impliquer des modifications dans la roche. Le métamorphisme est l'étude de ces changements. Les minéraux qui constituent la roche peuvent modifier, leur structure, leur chimie ou être remplacer par d'autres minéraux plus stables. Il est ainsi crucial de déterminer les processus responsables et limitant de la croissance minérale. Trois processus permettent la croissance ; (1) la dissolution des éléments du réactant, (2) le transport de ces éléments vers le site de croissance, (3) l'incorporation de ces éléments dans la nouvelle structure. Cette thèse se focalise sur les structures des minéraux de haute pression (forme, zonation chimique, structure interne) pour essayer de déterminer les facteurs importants à l'origine de leur état final. Les zones d'étude se situent dans la zone de Sésia. La première partie traite de la problématique liée à l'incorporation d'un élément dans une structure minérale. A l'image de la croissance humaine, les irrégularités minéralogiques permettent de mettre en lumière un dysfonctionnement de la croissance due à un excès ou à une carence d'un élément. Bien dosé, cet élément est cependant essentiel à la croissance. Les zoisites (épidotes) des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent une zonation chimique en sablier. Dans cette zonation la teneur en fer excède la capacité maximum que peut contenir la structure orthorhombique de la zoisite. Des défauts de structure permettent l'accommodation de cet excès. La zoisite peut ainsi adapter sa structure pour permettre l'incorporation d'une relativement grande quantité de fer. Les études précédentes montraient, pour des conditions similaires, la formation de deux épidotes distinctes. La deuxième partie se penche sur la compétition entre le minéral qui fait sa croissance et les minéraux (réactants) qui l'entourent. Les métapélites de la région du Monte Mucrone contiennent des grenats atollaires. Des études détaillées de la texture et de la zonation chimique du grenat ainsi qu'une modélisation thermodynamique ont permis de mieux cerner les facteurs importants responsables de la forme atollaire. Cette structure est obtenue par un changement du comportement de la croissance du grenat le long d'un chemin P-T hercynien. Dans un premier stade, le grenat croît rapidement et consume peu le quartz de la matrice. La croissance se fait ainsi le long des jointures des grains de quartz. Dans un second temps, les changements de conditions PT donnent une croissance lente du grenat et une forte consommation du quartz. Le grenat peut ainsi développer sa forme dodécaédrale classique. La troisième partie s'intéresse aux distances de transport par diffusion d'un élément (ici l'argon) durant la haute pression. Pour ce faire, un profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotite a été mesuré depuis un veine de haute pression riche en argon jusque dans son encaissant (granitoïd du Monte Mucrone). Le profile montre une répartition des âges suivant une courbe de diffusion. Le transport se fait sur une longueur de deux centimètre avec l'aide d'un fluide. Il est réduit à une échelle millimétrique quand la phase fluide disparaît. Cette étude montre ainsi les difficultés de transport des éléments durant la haute pression ne permettant pas un rééquilibrage de la roche à grande échelle. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé de thèse Les processus de croissance (diffusion des éléments et les réactions d'interface) et les conditions dans lesquelles les minéraux grandissent (température, pression, fluide, composition chimique de la roche), déterminent la texture ainsi que la zonation des minéraux. Cette thèse se focalise, par le biais de textures peu communes, sur trois différents processus impliqués dans la croissance minérale à haute pression (Zone de Sésia, Alpes de l'Ouest, Italie). L'incorporation d'un élément dans une structure minérale ne peut se faire que dans des sites en accord avec la taille et la charge ionique de l'élément. De plus, la balance de charge doit être maintenue dans le minéral. La régularité de la structure cristalline fixe ainsi une limite maximum de concentration d'un élément donné. Les zoisites provenant des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent des zonations en sablier caractérisées par une concentration anormale en fer. La zonation se marque par une différente teinte de biréfringence et par un plus grand angle d'extinction que le reste de la zoisite. Une inter-croissance de clinozoisite à l'intérieur de la structure orthorhombique de la zoisite peut ainsi être suspectée. Les analyses XRD (diffraction des rayons x) ainsi que les analyses Raman ne confirment pas cette suspicion. Seules les analyses TEM (microscope à électrons transmis) montrent des défauts de structure pouvant être interprétés comme des modules de clinozoisite. Ils ne peuvent cependant pas être considérés comme une phase thermodynamique. Un nouveau trou d'immiscibilité entre deux zoisite (X ep= 0.1 and Xep = 0.15) a ainsi pu être établi. Dans les métapélites la région du Monte Mucrone, des grenats fortement zonés montrent une évolution texturale singulière. Ils présentent une forme initiale de `champignon' qui se développe pour former une structure atollaire finale. L'étude conjuguée de la structure 3D et des zonations, ainsi que l'établissement d'un model thermodynamique, indiquent que ces structures proviennent de deux épisodes de croissances : (1) La croissance du grenat durant un chemin prograde hercynien (de 525 °C et 6.2 kbar à 640 °C et 9 kbar) permet la formation des textures atollaires. Elles sont le résultat d'une croissance poecilitique initiale suivie d'une croissance idiomorphique du grenat. (2) La structure est rendue plus complexe par la cristallisation d'un grenat homogène tout autour ainsi qu'à l'intérieur du grenat hercynien durant la haute pression alpine (550 °C and 20 kbar). L'arrivée de l'eau durant la haute pression facilite le transport d'éléments et permet une cristallisation rapide du grenat. La diffusion peut être un facteur limitant de la croissance minéralogique. Elle a aussi une grande importance pour la géochronologie. Une veine de haute pression à l'intérieur du granitoïde du Monte Mucrone a été étudiée dans le but de déterminer la distance de diffusion de l'argon. Le profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotites, établi de la veine vers le métagranitoïde, suit une courbe de diffusion. Les âges sont élevés proche de la veine (800 Ma) puis décroissent jusqu'à des âges homogènes (170-150 Ma) à deux centimètres de la veine. La présence de fluide, marqué par de hautes concentrations en chlore, permet une diffusion centimétrique. Cependant, la distance est réduite à une échelle millimétrique quand le fluide est absent. Les très faibles distances de diffusion préservent les âges pré-alpins et impliquent un événement géologique pour les âges de 170-150 Ma. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Thesis abstract Rock textures and zonings are the consequence of growth processes (element diffusion and interface reaction) steered by the environment in which they grew (pressure, differential stress, temperature, fluid and rock composition). The thesis presented here focuses on three different topics, each of it dealing with aspects of mineral growth processes during subduction, in a high-pressure environment. All studies were conducted in the Sesia Zone of the Western European Alps, Italy. The first study addresses the crystallography and geochemistry of element incorporation in zoisite, one of the major hydrous minerals found in subduction zone rocks. Elements can be incorporated into a mineral structure only on crystallographic sites that offer enough space for the ion and the overall charge balance has to be maintained. Element concentrations are hence limited. Incorporation of some elements produces complex zoning, including hourglass like patterns, which are the focus of the first contribution. Zoisites from Cima di Bonze (Sesia Zone) show spectacular hourglass zoning defined by Fe-content variations. The hourglass zones have a distinct birefringence and a different extinction angle than the regular part of the zoisite. We show by detailed XRD (X-ray diffraction) and confocal Raman analyses that the high Fe-zones are nevertheless zoisite, and not clinozoisite as one might expect. High resolution TEM (transmission electron microscopy) analyses show planar defects on (100) that can be interpreted as small-scale clinozoisite modules. However, these clinozoisites cannot be interpreted as a distinctive thermodynamic phase and the entire mineral has to be considered as zoisite. The miscibility gap between two zoisites (Xep = 0.1 and Xep = 0.15) can be then definite at 550 ± 50°C and 14 to 20 Kbar. Strongly zoned garnets in quartz rich metapelite from the Monte Mucrone area (Sesia Zone) show evolution form 3D mushroom to atoll structure. The second contribution presents textural investigations, garnet zoning and thermodynamic modeling that demonstrate that atoll garnets are the result of two distinctive growth events. (1) Garnet atoll structure is already formed during a prograde Hercynian path from 525 °C and 6.2 kbar to 640 °C and 9 kbar. It results in an initial poikilitic growth followed by a final idiomorphic growth event. (2) Alpine HP garnet are homogenous (550 °C and 20 kbar) and grew around and also inside the Hercynian garnet. Lack of prograde Alpine garnet and fast growth of the HP garnet is explained by the absence of water during much of the prograde path. Water saturation was only observed towards the end, close towards the peak metamorphic conditions. Diffusion could be a limiting factor for crystal growth. It has also a great importance in geochronology. HP vein inside the metagranitoide of the Monte Mucrone (~300 Ma) was investigated to determine argon diffusion scales during high-pressure metamorphism. 40Ar/39Ar biotite ages profile from the vein toward the metagranodiorite show a diffusion curve: old ages (800 Ma) located close to the vein decrease until homogenous 170-150 Ma ages are obtained, two centimeter away from the vein. Centimeter-scale diffusion occurs with help of a fluid phase marked by high chlorine concentrations. Argon diffusion is reduced to a millimeter scale when free fluid is absent. Very short diffusion distance permits to preserve pre-Alpine ages. The 170-150 Ma ages are considered to be geologic meaningful, probably resulting from the extensional tectonics linked to opening of the Tethian ocean.

Petrology and chemistry of the Chalten Plutonic Complex and implications on the magmatic and tectonic evolution of the Southernmost Andes (Patagonia) during the Miocene

Résumé Scientific:Pétrologie et Géochimie du Complexe Plutonique de Chaltén et les conséquences pour l'évolution magmatique et tectonique du Andes du Sud (Patagonia) pendant le MiocèneLe sujet de cette thèse est le Complexe Plutonique de Chaltén (CHPC), situé à la frontière entre le Chili et l'Argentine, en Patagonie (49°15'S). Ce complexe s'est mis en place au début du Miocène, dans un contexte de changements tectoniques importants. La géométrie et la vitesse de migration des plaques en Patagonie a été modifiée suite l'ouverture de la plaque Farallon il y a 25Ma (Pardo-Casas and Molnar 1987) et la subduction de la ride active du Chili sous la plaque sud-américaine il y a 14Ma (Cande and Leslie 1986). Les effets de cette reconfiguration tectonique sur la morphologie et le magmatisme de la plaque supérieure sont encore sujets à discussion. Dans ce contexte, un groupe d'intrusions miocènes - telle que le CHPC - est particulièrement intriguant, car en position transitionnelle entre le batholithe patagonien et l'arc volcanique cénozoïque et récent à l'ouest, et les laves de plateau de Patagonie à l'est (Fig. 1). A cause de leur position tectonique transitoire, ces plutons isolés hors du batholithe représentent un endroit clé pour comprendre les interactions entre la tectonique à large échelle et le magmatisme en Patagonie. Ici, je présente de nouvelles données de terrain, petrologiques, géochimiques et géochronologiques dans le but de caractériser la nature du CHPC, qui était largement inconnu avant cette étude, dans le but de tester l'hypothèse de migration de l'arc et erosion par subduction.Les résultats de l'investigation géochimique (chapitre 2) montrent que le CHPC n'est qu'un exemple parmi les plutons isolés d'arrière arc ave une composition calco-alcaline caractéristique, c-à-d une signature d'arc. La plupart de ces plutons isolés ont une composition alcaline. Le CHPC, contrairement, a une signature calco-alcaline avec Κ intermédiaire, tel que le batholithe patagonien et la plupart des roches volcaniques quaternaires liées à l'arc le long des Andes.De nouvelles données géochronologiques U-Pb de haute précision sur des zircons, acquis par TIMS, sur le CHPC donnent des âges entre 17.0 et 16.4Ma. Les âges absolus sont en accord avec la séquence intrusive déduite des relations de terrain (chapitre 1). Ces données sont les premières contraintes d'âge U-Pb sur le CHPC. Elles montrent clairement que l'histoire magmatique du CHPC n'a pas de lien direct avec la subduction de la ride à cette latitude (Cande and Leslie 1986), car le complexe est au moins 6Ma plus ancien.Une comparaison en profondeur avec les autres intrusions d'âge Miocène en Patagonie révèlent - pour la première fois - une évolution temporelle intéressante. Il y a une tendance E-W distincte au magmatisme calco-alcalin entre 20-16Ma avec une diminution de l'âge vers l'est - le CHPC est l'expression la plus orientale de cette tendance. Je suggère que la relation espace-temps reflète une migration vers l'est (vers le continent) de l'arc magmatique. Je propose que le facteur principal contrôlant cette migration est la subduction rapide suite à la reconfiguration de la vitesse des plaques tectoniques après l'ouverture la plaque Farallon (à ~26Ma) qui résulterait en une déformation importante ainsi qu'à des taux élevés d'érosion dans la fosse de subduction.Les rapports d'isotopes radiogéniques (Pb, Sr, Nd) élevés, une signature 6018 basse et un rapport Th/La élevé sont des paramètres distinctifs pour les roches mafiques du CHPC. Le modèle isotopique présenté (chapitre 2) suggère que cette signature reflète une contamination de la source, dans le coin de manteau, plutôt qu'une contamination crustale. La signature des éléments en trace du CHPC indiquent que le coin de manteau a été contaminé par des composés terrigènes, le plus vraisemblablement par des sédiments paléozoïques.Les travaux de terrain, la pétrographie et la géothermobarométrie ont été utilisés dans le but de comprendre l'histoire interne du CHPC (chapitre 3). Ces données suggèrent deux niveaux distincts de cristallisation : l'un dans la croûte moyenne (6 à 4.5kbar) et l'autre à un niveau peu profond (3.5 à 2kbar). La modélisation isotopique AFC de la contamination crustale indique des taux variables d'assimilation, qui ne sont pas corrélés avec le degré de différenciation. Cela suggère que différents volumes de magma se sont différenciés en profondeur, de façon indépendante. Cela implique que le CHPC se serait formés en plusieurs puises de magmas provenant d'au moins trois sources différentes. Les textures des granodiorites et des granites indiquent des teneurs élevées en cristaux avant la mise en place et, par conséquent, des températures d'emplacement faibles. Les observations de terrain montrent que les roches mafiques sont déformées, alors que ce n'est pas le cas pour les granodiorites et granites (plus jeunes). La déformation des roches mafiques est encore sujet de recherche, afin de savoir si elle est liée à la déformation régionale en régime compressif ou à l'emplacement lui-même. Cependant, la mise en place de grand volume de magma felsique riche en cristaux suggère un régime d'extension.Scientific Abstract:Petrology and chemistry of the Chaltén Plutonic Complex and implications on the magmatic and tectonic evolution of the Southernmost Andes (Patagonia) during the MioceneThe subject of this thesis is the Chaltén Plutonic Complex (CHPC) located at the frontier between Chile and Argentina in Patagonia (at 49° 15 'Southern latitude). This complex intruded during early Miocene in a context of major tectonics changes. The plate geometry of Patagonia has been modified by changes in the plate motions after the break up of the Farallôn plate at 25Ma (Pardo-Casas and Molnar 1987) and by the subduction of the Chile spreading Ridge beneath South-America at 14 Ma (Cande and Leslie 1986). The effects of this tectonic setting on the morphology and the magmatism of the overriding plate are a matter of on-going discussion. Particularly intriguing in this context is a group of isolated Miocene intrusions - like the CHPC - which are located in a transitional position between the Patagonian Batholith and the Cenozoic and Recent volcanic arc in the West, and the Patagonian plateau lavas in the East (Fig. 1). Due to their transient tectonic position these isolated plutons outside the batholith represent a key to understanding the interaction between global-scale tectonics and magmatism in Patagonia. Here, I present new field, penological, geochemical and geochronological data to characterize the nature of the CHPC, which was largely unknown before this study, in order to test the hypothesis of time- transgressive magmatism.The results of the geochemical investigation (Chapter 2) show that the CHPC is only one among these isolated back-arc plutons with a characteristic calc-alkaline composition, i.e. arc signature. Most of these isolated intrusives have an alkaline character. The CHPC, in contrast, has a medium Κ calc-alkaline signature, like the Patagonian batholith and most of the Quaternary arc-related volcanic rocks along the Andes.New high precision TIMS U-Pb zircon dating of the CHPC yield ages between 17.0 to 16.4 Ma. The absolute ages support the sequence of intrusion relations established in the field (Chapter 1). These data are the first U-Pb age constraints on the CHPC, and clearly show that the magmatic history of CHPC has no direct link to the subduction of the ridge, since this complex is at least 6 Ma older than the time of collision of the Chile ridge at this latitude (Cande and Leslie 1986).An in-depth comparison with other intrusion of Miocene age in Patagonia reveals - for the first time - an interesting temporal pattern. There is a distinct E-W trend of calc-alkaline magmatism between 20-16 Ma with the younging of ages in the East - the CHPC is the easternmost expression of this trend. I suggest that this time-space relation reflects an eastward (landward) migration of the magmatic arc. I propose that main factor controlling this migration is the fast rates of subduction after the major reconfigurations of the plate tectonic motions after the break up of the Farallôn Plate (at -26 ) resulting in strong deformation and high rates of subduction erosion.High radiogenic isotope ratios (Pb, Sr, Nd) ratios, low 5018 signature and high Th/La ratios in mafic rocks are distinctive features of the CHPC. The presented isotopic models (Chapter 2) suggest that this signature reflects source contamination of the mantle wedge rather than crustal contamination. The trace element signature of the CHPC indicates that the mantle wedge was contaminated with a terrigenous component, most likely from Paleozoic sediments.Fieldwork, petrography and geothermobarometry were used to further unravel the internal history of the CHPC (Chapter 3). These data suggest two main levels of crystallization: one a mid crustal levels (6 to 4.5 kbar) and other a shallow level (3.5 to 2 kbar). Isotopic AFC modeling of crustal contamination indicate variable rates of assimilation, which are not correlated with the degree of differentiation. This suggests that different batches of magma differentiate independently at depths. This implies that the CHPC would have formed by several pulses of magmas from at least 3 different sources. Textures of granodiorites and granites indicate a high content of crystals previous to the emplacement and consequently low emplacement temperatures. Field observations show that the mafic rocks are deformed, whereas the (younger) granodiorites and granites are not. It is still subject of investigation whether the deformation of the mafic rocks is related to regional deformation during a compressional regime or to the emplacement it self. However, the emplacement of huge amount of crystal rich felsic magmas suggests an extensional regime.Résumé Grand PublicPétrologie et Géochimie du Complexe Plutonique de Chaltén et les conséquences pour l'évolution magmatique et tectonique du Andes du Sud (Patagonia) pendant le MiocèneLe Complexe Plutonique de Chaltén (CHPC) est un massif montagneux situé à 49°S à la frontière entre le Chili et l'Argentine, en Patagonie (région la plus au sud de l'Amérique du Sud). Il est composé de montagnes qui peuvent atteindre plus de 3000 mètres d'altitude, telles que le Cerro Fitz Roy (3400m) et le Cerro Torre (3100m). Ces montagnes sont composées de roches plutoniques, c.-à-d. des magmas qui se sont refroidis et ont cristallisés sous la surface terrestre.La composition chimique de ces roches montre que les magmas, qui ont formé ce complexe plutonique, font partie d'un volcanisme d'arc. Celui-ci se forme lorsqu'une plaque océanique plonge sous une plaque continentale. Les géologues appellent ce processus « subduction ». Dans un tel scénario, le manteau terrestre, qui se fait prendre entre ces deux plaques, fond pour former ainsi du magma. Ce magma remonte à travers la plaque continentale vers la surface. Si celui-ci atteint la surface, il forme les roches volcaniques, comme par exemple des laves. S'il n'atteint pas la surface, le magma se refroidit pour former finalement les roches plutoniques.Le long de la marge ouest d'Amérique du Sud, la plaque Nazca - qui se situe au sud-est de la plaque océanique pacifique - passe en dessous de la plaque d'Amérique du Sud. La bordure ouest du sud de la plaque sud-américaine a également été affectée par d'autres processus tectoniques, tels que des changements dramatiques dans les déplacements de plaques (il y a 25Ma) et la collision de la ride du Chili (depuis 15 Ma jusqu'à aujourd'hui). Ces caractéristiques tectoniques et magmatiques font de cette région un haut lieu pour les géologues. La plaque Nazca, s'est formée suite à l'ouverture d'une plaque océanique plus ancienne, il y a 25Ma. Cette ouverture est liée aux vitesses de subduction les plus rapides jamais connues. La ride du Chili est l'endroit où le sol de l'Océan Pacifique s'ouvre, formant deux plaques océaniques : les plaques Nazca et Antarctique. La ride du Chili subducte sous la plaque sud-américaine depuis 15Ma, en association avec la formation de grands volumes de magma ainsi que des changements morphologiques importants. La question de savoir lequel de ces changements tectoniques globaux affecte la géologie et la géographie de Patagonie a été, et est encore, discutée pendant de nombreuses années. De nombreux chercheurs suggèrent que la plupart des caractéristiques morphologiques et magmatiques en Patagonie sont liés à la subduction de la ride du Chili, mais cette suggestion est encore débattue comme le montre notre étude.Le batholithe de Patagonie du sud (SPB) est un énorme massif composé de roches plutoniques et il s'étend tout au long de la côte ouest de Patagonie (au sud de 47°S). Ces roches correspondent certainement aux racines d'un ancien arc volcanique, qui a été soulevé et érodé. Le CHPC, ainsi que d'autres petites intrusions dans la région, se situe dans une position exotique, à 100km à l'est du SPB. Certains chercheurs suggèrent que ces intrusions pourraient être liées à la subduction de la ride du Chili.Afin de débattre de cette problématique, nous avons utilisé différentes méthodes géochronologiques pour déterminer l'âge du CHPC et le comparer (a) à l'âge des roches intrusives similaires du SPB et (b) à l'âge de la collision de la ride du Chili. Dans ce travail, nous prouvons que le CHPC s'est formé au moins 7Ma avant la collision avec la ride du Chili. Sur la base des âges du CHPC et de la composition chimique de ses roches et minéraux, nous proposons que le CHPC fait partie d'un arc volcanique ancien. La migration de l'arc volcanique plus profondément dans le continent résulte de la grande vitesse de subduction entre 25 et lOMa. Des caractéristiques évidentes pour un tel processus - telles qu'une déformation importante et une vitesse d'érosion élevée - peuvent être rencontrées tout au long de la bordure ouest de l'Amérique du sud.

Constraints on the late thermotectonic evolution of the Western Alps - Evidence for episodic rapid uplift

Forty-two new apatite and zircon fission track ages are presented for samples from the Western Alps in southern Switzerland, northern Italy, and southeastern France. Measured ages plotted against assumed closure temperatures yield cooling patterns for the final cooling, uplift, and exhumation of the Western Alps. Similar fission track zircon ages in the Penninic Gran Paradiso massif, Dent Blanche nappe, Sesia-Lanzo Zone, and Ivrea Zone indicate cooling of all four units to approximately 225-degrees-C by 33 Ma. Differences in apatite ages reveal differential cooling of the four blocks between 33 Ma and the present. In the Sesia-Lanzo Zone, similarity of apatite ages regardless of elevation, together with near-volcanic confined fission track length patterns suggest rapid cooling and uplift at approximately 25 Ma compared with slow cooling of other Western Alps units around 12 Ma. Uplift is thus not continuous but episodic, often over a short time interval beyond the resolution of other methods. Such episodes of uplift, as revealed here in the Sesia-Lanzo Zone, may be the rule rather than the exception.

Alpine tectonic evolution of a Jurassic subduction-accretionary complex: Deformation, kinematics and 40Ar/39Ar age constraints on the Mesozoic low-grade schists of the Circum-Rhodope Belt in the eastern Rhodope-Thrace region, Bulgaria-Greece

Deformation of the Circum-Rhodope Belt Mesozoic (Middle Triassic to earliest Lower Cretaceous) low-grade schists underneath an arc-related ophiolitic magmatic suite and associated sedimentary successions in the eastern Rhodope-Thrace region occurred as a two-episode tectonic process: (i) Late Jurassic deformation of arc to margin units resulting from the eastern Rhodope-Evros arc-Rhodope terrane continental margin collision and accretion to that margin, and (ii) Middle Eocene deformation related to the Tertiary crustal extension and final collision resulting in the closure of the Vardar ocean south of the Rhodope terrane. The first deformational event D-1 is expressed by Late Jurassic NW-N vergent fold generations and the main and subsidiary planar-linear structures. Although overprinting, these structural elements depict uniform bulk north-directed thrust kinematics and are geometrically compatible with the increments of progressive deformation that develops in same greenschist-facies metamorphic grade. It followed the Early-Middle Jurassic magmatic evolution of the eastern Rhodope-Evros arc established on the upper plate of the southward subducting Maliac-Meliata oceanic lithosphere that established the Vardar Ocean in a supra-subduction back-arc setting. This first event resulted in the thrust-related tectonic emplacement of the Mesozoic schists in a supra-crustal level onto the Rhodope continental margin. This Late Jurassic-Early Cretaceous tectonic event related to N-vergent Balkan orogeny is well-constrained by geochronological data and traced at a regional-scale within distinct units of the Carpatho-Balkan Belt. Following subduction reversal towards the north whereby the Vardar Ocean was subducted beneath the Rhodope margin by latest Cretaceous times, the low-grade schists aquired a new position in the upper plate, and hence, the Mesozoic schists are lacking the Cretaceous S-directed tectono-metamorphic episode whose effects are widespread in the underlying high-grade basement. The subduction of the remnant Vardar Ocean located behind the colliding arc since the middle Cretaceous was responsible for its ultimate closure, Early Tertiary collision with the Pelagonian block and extension in the region caused the extensional collapse related to the second deformational event D-2. This extensional episode was experienced passively by the Mesozoic schists located in the hanging wall of the extensional detachments in Eocene times. It resulted in NE-SW oriented open folds representing corrugation antiforms of the extensional detachment surfaces, brittle faulting and burial history beneath thick Eocene sediments as indicated by 42.1-39.7 Ma Ar-40/Ar-39 mica plateau ages obtained in the study. The results provide structural constraints for the involvement components of Jurassic paleo-subduction zone in a Late Jurassic arc-continental margin collisional history that contributed to accretion-related crustal growth of the Rhodope terrane. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Metamorphism and kinetics in the Torres del Paine contact aureole

Contact aureoles provide an excellent geologic environment to study the mechanisms of metamorphic reactions in a natural system. The Torres del Paine (TP) intrusion is one of the most spectacular natural laboratories because of its excellent outcrop conditions. It formed in a period from 12.59 to 12.43 Ma and consists of three large granite and four smaller mafic batches. The oldest granite is on top, the youngest at the bottom of the granitic complex, and the granites overly the mafic laccolith. The TP intruded at a depth of 2-3 km into regional metamorphic anchizone to greenschist facies pelites, sandstones, and conglomerates of the Cerro Toro and Punta Barrosa formations. It formed a thin contact aureole of 150-400 m width. This thesis focuses on the reaction kinetics of the mineral cordierite in the contact aureole using quantitative textural analysis methods. First cordierite was formed from chlorite break¬down (zone I, ca. 480 °C, 750 bar). The second cordierite forming reaction was the muscovite break-down, which is accompanied by a modal decrease in biotite and the appearance of k- feldspar (zone II, 540-550 °C, 750 bar). Crystal sizes of the roundish, poikiloblastic cordierites were determined from microscope thin section images by manually marking each crystal. Images were then automatically processed with Matlab. The correction for the intersection probability of each crystal radius yields the crystal size distribution in the rock. Samples from zone I below the laccolith have the largest crystals (0.09 mm). Cordierites from zone II are smaller, with a maximum crystal radius of 0.057 mm. Rocks from zone II have a larger number of small cordierite crystals than rocks from zone I. A combination of these quantitative analysis with numerical modeling of nucleation and growth, is used to infer nucleation and growth parameters which are responsible for the observed mineral textures. For this, the temperature-time paths of the samples need to be known. The thermal history is complex because the main body of the intrusion was formed by several intrusive batches. The emplacement mechanism and duration of each batch can influence the thermal structure in the aureole. A possible subdivision of batches in smaller increments, so called pulses, will focus heat at the side of the intrusion. Focusing all pulses on one side increases the contact aureole size on that side, but decreases it on the other side. It forms a strongly asymmetric contact aureole. Detailed modeling shows that the relative thicknesses of the TP contact aureole above and below the intrusion (150 and 400 m) are best explained by a rapid emplacement of at least the oldest granite batch. Nevertheless, temperatures are significantly too low in all models, compared to observed mineral assemblages in the hornfelses. Hence, an other important thermal mechanisms needs to take place in the host rock. Clastic minerals in the immature sediments outside the contact aureole are hydrated due to small amounts of expelled fluids during contact metamorphism. This leads to a temperature increase of up to 50 °C. The origin of fluids can be traced by stable isotopes. Whole rock stable isotope data (6D and δ180) and chlorine concentrations in biotite document that the TP intrusion induced only very small amounts of fluid flow. Oxygen whole rock data show δ180 values between 9.0 and 10.0 %o within the first 5 m of the contact. Values increase to 13.0 - 15.0 %o further away from the intrusion. Whole rock 6D values display a more complex zoning. First, host rock values (-90 to -70 %o) smoothly decrease towards the contact by ca. 20 %o, up to a distance of ca. 150 m. This is followed by an increase of ca. 20 %o within the innermost 150 m of the aureole (-97.0 to -78 %o at the contact). The initial decrease in 6D values is interpreted to be due to Rayleigh fractionation accompanying the dehydration reactions forming cordierite, while the final increase reflects infiltration of water-rich fluids from the intrusion. An over-estimate on the quantity and the corresponding thermal effect yields a temperature increase of less than 30 °C. This suggests that fluid flow might have contributed only for a small amount to the thermal evolution of the system. A combination of the numerical growth model with the thermal model, including the hydration reaction enthalpies but neglecting fluid flow and incremental growth, can be used to numerically reproduce the observed cordierite textures in the contact aureole. This yields kinetic parameters which indicate fast cordierite crystallization before the thermal peak in the inner aureole, and continued reaction after the thermal peak in the outermost aureole. Only small temperature dependencies of the kinetic parameters seem to be needed to explain the obtained crystal size data. - Les auréoles de contact offrent un cadre géologique privilégié pour l'étude des mécanismes de réactions métamorphiques associés à la mise en place de magmas dans la croûte terrestre. Par ses conditions d'affleurements excellentes, l'intrusion de Torres del Paine représente un site exceptionnel pour améliorer nos connaissances de ces processus. La formation de cette intrusion composée de trois injections granitiques principales et de quatre injections mafiques de volume inférieur couvre une période allant de 12.50 à 12.43 Ma. Le plus vieux granite forme la partie sommitale de l'intrusion alors que l'injection la plus jeune s'observe à la base du complexe granitique; les granites recouvrent la partie mafique du laccolite. L'intrusion du Torres del Paine s'est mise en place a 2-3 km de profondeur dans un encaissant métamorphique. Cet encaissant est caractérisé par un métamorphisme régional de faciès anchizonal à schiste vert et est composé de pélites, de grès, et des conglomérats des formations du Cerro Toro et Punta Barrosa. La mise en place des différentes injections granitiques a généré une auréole de contact de 150-400 m d'épaisseur autour de l'intrusion. Cette thèse se concentre sur la cinétique de réaction associée à la formation de la cordiérite dans les auréoles de contact en utilisant des méthodes quantitatives d'analyses de texture. On observe plusieurs générations de cordiérite dans l'auréole de contact. La première cordiérite est formée par la décomposition de la chlorite (zone I, environ 480 °C, 750 bar), alors qu'une seconde génération de cordiérite est associée à la décomposition de la muscovite, laquelle est accompagnée par une diminution modale de la teneur en biotite et l'apparition de feldspath potassique (zone II, 540-550 °C, 750 bar). Les tailles des cristaux de cordiérites arrondies et blastic ont été déterminées en utilisant des images digitalisées des lames minces et en marquant individuellement chaque cristal. Les images sont ensuite traitées automatiquement à l'aide du programme Matlab. La correction de la probabilité d'intersection en fonction du rayon des cristaux permet de déterminer la distribution de la taille des cristaux dans la roche. Les échantillons de la zone I, en dessous du lacolite, sont caractérisés par de relativement grands cristaux (0.09 mm). Les cristaux de cordiérite de la zone II sont plus petits, avec un rayon maximal de 0.057 mm. Les roches de la zone II présentent un plus grand nombre de petits cristaux de cordiérite que les roches de la zone I. Une combinaison de ces analyses quantitatives avec un modèle numérique de nucléation et croissance a été utilisée pour déduire les paramètres de nucléation et croissance contrôlant les différentes textures minérales observées. Pour développer le modèle de nucléation et de croissance, il est nécessaire de connaître le chemin température - temps des échantillons. L'histoire thermique est complexe parce que l'intrusion est produite par plusieurs injections successives. En effet, le mécanisme d'emplace¬ment et la durée de chaque injection peuvent influencer la structure thermique dans l'auréole. Une subdivision des injections en plus petits incréments, appelés puises, permet de concentrer la chaleur dans les bords de l'intrusion. Une mise en place préférentielle de ces puises sur un côté de l'intrusion modifie l'apport thermique et influence la taille de l'auréole de contact produite, auréole qui devient asymétrique. Dans le cas de la première injection de granite, une modélisation détaillée montre que l'épaisseur relative de l'auréole de contact de Torres del Paine au-dessus et en dessous de l'intrusion (150 et 400 m) est mieux expliquée par un emplacement rapide du granite. Néanmoins, les températures calculées dans l'auréole de con¬tact sont trop basses pour que les modèles thermiques soient cohérants par rapport à la taille de cette auréole. Ainsi, un autre mecanisme exothermique est nécessaire pour permettre à la roche encais¬sante de produire les assemblages observés. L'observation des roches encaissantes entourant les granites montre que les minéraux clastiques dans les sédiments immatures au-dehors de l'auréole sont hydratés suite à la petite quantité de fluide expulsée durant le métamorphisme de contact et/ou la mise en place des granites. Les réactions d'hydratation peuvent permettre une augmentation de la température jusqu'à 50 °C. Afin de déterminer l'origine des fluides, une étude isotopique de roches de l'auréole de contact a été entreprise. Les isotopes stables d'oxygène et d'hydrogène sur la roche totale ainsi que la concentration en chlore dans la biotite indiquent que la mise en place des granites du Torres del Paine n'induit qu'une circulation de fluide limitée. Les données d'oxygène sur roche totale montrent des valeurs δ180 entre 9.0 et 10.0%o au sein des cinq premiers mètres du contact. Les valeurs augmentent jusqu'à 13.0 - 15.0 plus on s'éloigne de l'intrusion. Les valeurs 5D sur roche totale montrent une zonation plus complexe. Les valeurs de la roche encaissante (-90 à -70%o) diminuent progressivement d'environ 20%o depuis l'extérieur de l'auréole jusqu'à une distance d'environ 150 m du granite. Cette diminution est suivie par une augmentation d'environ 20%o au sein des 150 mètres les plus proches du contact (-97.0 à -78%o au contact). La diminution initiale des valeurs de 6D est interprétée comme la conséquence du fractionnement de Rayleigh qui accompagne les réactions de déshydratation formant la cordiérite, alors que l'augmentation finale reflète l'infiltration de fluide riche en eau venant de l'intrusion. A partir de ces résultats, le volume du fluide issu du granite ainsi que son effet thermique a pu être estimé. Ces résultats montrent que l'augmentation de température associée à ces fluides est limitée à un maximum de 30 °C. La contribution de ces fluides dans le bilan thermique est donc faible. Ces différents résultats nous ont permis de créer un modèle thermique associé à la for¬mation de l'auréole de contact qui intègre la mise en place rapide du granite et les réactions d'hydratation lors du métamorphisme. L'intégration de ce modèle thermique dans le modèle numérique de croissance minérale nous permet de calculer les textures des cordiérites. Cepen¬dant, ce modèle est dépendant de la vitesse de croissance et de nucléation de ces cordiérites. Nous avons obtenu ces paramètres en comparant les textures prédites par le modèle et les textures observées dans les roches de l'auréole de contact du Torres del Paine. Les paramètres cinétiques extraits du modèle optimisé indiquent une cristallisation rapide de la cordiérite avant le pic thermique dans la partie interne de l'auréole, et une réaction continue après le pic thermique dans la partie la plus externe de l'auréole. Seules de petites dépendances de température des paramètres de cinétique semblent être nécessaires pour expliquer les don¬nées obtenues sur la distribution des tailles de cristaux. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur la cinétique qui contrôle les réactions métamorphiques.