Livin on chinese rocks

Luettua

High-precision dating and origin of synsedimentary volcanism in the Late Carboniferous Salvan-Dorenaz basin (Aiguilles-Rouges Massif, Western Alps)

Late Variscan volcanic activity is documented in the Late Carboniferous Salvan-Dorenaz sedimentary basin and in the neighboring basement units of the Aiguilles-Rouges and Mont-Blanc crystalline massifs (Western Alps). Precise U/Pb isotopic dating, zircon morphology and geochemical analyses indicate that volcanism occurred during short-lived pulses and that coexisting crustal and mantle sources were involved in the production of melts. Volcanic and subvolcanic products were emplaced along major N-S to NNE-SSW transtensional fracture zones, similar to the ones that governed intense basement exhumation and that favored the formation and filling of the Late Carboniferous Salvan-Dorenaz continental basin. In the Aiguilles-Rouges massif, dacitic flows outcropping at the base of the Salvan-Dorenaz basin erupted at 308 +/- 3 Ma; they represent the surface equivalent of the nearby Vallorcine peraluminous granite and associated rhyolitic dykes (311 +/- 17 Ma). In the Mont Blanc massif, calc-alkaline rhyolitic dykes were emplaced simultaneously (307 +/- 2 Ma) at shallow crustal levels, but they derive from deeper magma sources denoting enhanced mantellic activity. Recently identified tuffs and volcaniclastic layers embedded at different levels of the Salvan-Dorenaz stratigraphic record testify a 295 +3/-4 Ma old episode of highly explosive volcanism from distant volcanic centers, possibly located in the Aar-Gotthard massifs (Central Alps). Their zircon typology is highly heterogeneous. documenting wall-rock contamination of the melts and/or admixture of crustal sediments, whereas consistent subpopulations point to high-temperature magmas of deep-seated origin and alkaline affinity. The dated volcanic layers from the Salvan-Dorenaz basin set the beginning of the detrital sedimentation at 308 +/- 3 Ma and constrain the deposition of 1.5-1.7 km thick of elastic sediments within a time span of 10-15 Ma. These results infer minimum, long-term subsidence rates during basin evolution in the order of >0.1 mm/a, while in the surrounding basement units estimated exhumation rates are in the range of 1 mm/a. All dated rocks contain inherited zircon populations about 350, 450 or 600 Ma old.

Volcanic debris avalanche deposits of the upper Maronne valley (Cantal Volcano, France): evidence for contrasted formation and transport mechanisms

The deposits of two volcanic debris avalanches (VDA I and II) that occur in the upper Maronne valley, northwest sector of Cantal Volcano, France, were studied to establish their mechanisms of formation, transport and deposition. These two volcanic debris avalanches that clearly differ with regard to their structures, textures and extensions, exemplify the wide spectrum of events associated with large-scale sector collapse. VDA I is voluminous (similar to1 km(3) in the upper Maronne valley) and widespread. The deposits comprise two distinct facies: the block facies that forms the intermediate and upper part of the unit and the mixed facies that crops out essentially at the base of the unit. The block facies consists of more or less brecciated lava, block-and-ash-flow breccia and pumice-flow tuff megablocks set in breccias resulting from block disaggregation. Mixing and differential movements are almost absent in this part of the VDA. The mixed facies consists of breccias rich in fine particles that originate from block disagregation, as well as being picked up from the substratum during movement. Mixing and differential movements are predominant in this zone. Analysis of fractures on lava megablocks suggests that shear stress during the initial sliding is the principal cause of fracture. These data strongly indicate that VDA I is purely gravitational and argue for a model in which the initial sliding mass transforms into a flow due to differential in situ fragmentation caused by the shear stress. VDA II is restricted to low-topography areas. Its volume, in the studied area, is about 0.3 km(3). The deposits consist of brecciated, rounded blocks and megablocks set in a fine-grained matrix composed essentially of volcanic glass. This unit is stratified, with a massive layer that contains all the megablocks at the base and in the intermediate part, and in the upper part a normally graded layer that contains only blocks <1 m in size. The different lithologies present are totally mixed. These observations suggest that VDA II may be of the Bezymianny-type and that it underwent a flow transformation from a turbulent to a stratified flow consisting of a basal hyperconcentrated laminar body overlain by a dilute layer. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Geology, correlations, and geodynamic evolution of the Biga Peninsula (NW Turkey)

L?objectif de ce travail de recherche était de décrypter l?évolution géodynamique de la Péninsule de Biga (Turquie du N-O), à travers l?analyse de deux régions géologiques peu connues, le mélange de Çetmi et la zone d?Ezine (i.e. le Groupe d?Ezine et l?ophiolite de Denizgören). Une étude complète et détaillée de terrain (cartographie et échantillonnage) ainsi qu?une approche multidisciplinaire (sédimentologie de faciès, pétrographie sédimentaire et magmatique, micropaléontologie, datations absolues, géochimie sur roche totale, cristallinité de l?illite) ont permis d?obtenir de nouveaux éléments d?information sur la région considérée. ? Le mélange de Çetmi, de type mélange d?accrétion, affleure au nord et au sud de la Péninsule de Biga ; les principaux résultats de son étude peuvent se résumer comme suit: - Son aspect structural actuel (nature des contacts, organisation tectonique) est principalement dû au régime extensif Tertiaire présent dans la région. - Il est constitué de blocs de différentes natures : rares calcaires Scythien-Ladinien dans le faciès Han Bulog, blocs hectométriques de calcaires d?âge Norien-Rhaetien de rampe carbonatée, nombreux blocs décamétriques de radiolarites rouges d?âge Bajocien- Aptien, blocs/écailles de roches magmatiques de type spilites (basaltes à andésite), ayant des signatures géochimiques d?arcs ou intra-plaques. - La matrice du mélange est constituée d?une association greywacke-argilites dont l?âge Albien inférieur à moyen a été déterminé par palynologie. - L?activité du mélange s?est terminée avant le Cénomanien (discordance Cénomanienne au sommet du mélange, pas de bloc plus jeune que la matrice). - Du point de vue de ses corrélations latérales, le mélange de Çetmi partage plus de traits communs avec les mélanges se trouvant dans les nappes allochtones du Rhodope (nord de la Grèce et sud-ouest de la Bulgarie) qu?avec ceux de la suture Izmir-Ankara (Turquie); il apparaît finalement que sa mise en place s?est faite dans une logique balkanique (chevauchements vers le nord d?âge anté-Cénomanien). ? Le Groupe d?Ezine et l?ophiolite sus-jacente de Denizgören affleurent dans la partie ouest de la Péninsule de Biga. Le Groupe d?Ezine est une épaisse séquence sédimentaire continue (3000 m), subdivisée en trois formations, caractérisée chacune par un type de sédimentation spécifique, relatif à un environnement de dépôt particulier. De par ses caractéristiques (grande épaisseur, variations latérales de faciès et d?épaisseur dans les formations, érosion de matériel provenant de l?amont du bassin), le groupe d?Ezine est interprétée comme un dépôt syn-rift d?âge Permien moyen-Trias inférieur. Il pourrait représenter une partie de la future marge passive sud Rhodopienne à la suite de l?ouverture de l?océan Maliac/Méliata. L?ophiolite de Denizgören sus-jacente repose sur le Groupe d?Ezine par l?intermédiaire d?une semelle métamorphique à gradient inverse, du faciès amphibolite à schiste vert. L?âge du faciès amphibolite suggère une initiation de l?obduction au Barrémien (125 Ma, âge Ar/Ar); cet âge est unique dans le domaine égéen, mais il peut là aussi être relié à une logique balkanique, sur la base de comparaison avec le domaine Rhodopien. ? Toutes les unités précédentes (mélange de Çetmi, Groupe d?Ezine et ophiolite de Denizgören) ont passivement subi trois phases extensives pendant le Tertiaire. Dans la région d?Ezine et du mélange nord, les micaschistes HP sous-jacents ont été exhumés avant l?Eocène moyen. Dans le cas du mélange sud, cette exhumation Eocene est en partie enregistrée dans les mylonites séparant le mélange du dôme métamorphique sous-jacent du Kazda?. Le mélange sud est dans tous les cas fortement érodé à la suite de la double surrection du dôme du Kazda?, près de la lim ite Oligocène/Miocene et pendant le Plio- Quaternaire. Dans le premier cas, ce soulèvement est caractérisé par le développement d?une faille de détachement à faible pendage, qui contrôle à la fois l?exhumation du massif, et la formation d?un bassin sédimentaire syntectonique, de type bassin supradétachement; quant à la phase extensive la plus récente, elle est contrôlée par le jeu de failles normales à forts pendages qui remanient l?ensemble des structures héritées, et dictent la géomorphologie actuelle de la région. ? Il est possible de proposer un scénario pour l?évolution géodynamique de la Péninsule de Biga, basé sur l?ensemble des résultats précédents et sur les données de la géologie régionale ; ses points principaux sont: - La Péninsule de Biga fait partie de la marge Rhodopienne. - Le Groupe d?Ezine est un témoin de la marge passive nord Maliac/Méliata. - L?ophiolite de Denizgören et le mélange de Çetmi ont été mis en place tous deux vers le nord sur la marge précédente, respectivement au Barrémien et à l?Albien terminal- Cénomanien inférieur. - Une forte composante décrochante durant l?emplacement est suggérée par la préservation de fragments de la marge passive et l?absence de métamorphisme dans la plaque inférieure. - Tous les évènements précédents ont été largement affectés par le régime d?extension Tertiaire.<br/><br/>The purpose of this study is to unravel the geodynamic evolution of the Biga Peninsula (NW Turkey) through the detailed study of two poorly known areas, the Çetmi mélange and the Ezine zone (i.e. the Ezine Group and the Denizgören ophiolite). The methodology was based on a detailed field work and a multidisciplinary approach. ? The accretion-related Çetmi mélange is mainly cropping out north and south of the Biga Peninsula; the main results of its study can be summarized as follows: -Its present-day structural aspect (type of contacts, tectonic organisation) is largely inherited from the Tertiary extensional regime in the region. -It is made of blocks of various natures: Han Bulog limestones with a Scythian to Ladinian age, common carbonate ramp Norian-Rhaetian limestones (biggest blocks of the mélange), red radolarite with a Bajocian to Aptian age; the most common lithology of the mélange is made by block/slices of spilitic magmatic rocks (basalt to andesite); they have volcanic arc or within plate basalt geochemical signatures. -The matrix of the mélange is made of a greywacke-shale association of Early-Middle Albian age. - The mélange stopped its activity before the Cenomanian (no younger blocks than the matrix, and Cenomanian unconformity). - If compared to the regional geology, the Çetmi mélange shares some characteristics with the Izmir-Ankara mélanges (less), and with the mélanges from allochthonous nappes found in eastern Rhodope (more); it appears finally that its emplacement is related to a Balkanic logic (ante-Cenomanian northward thrusting). ? The Ezine Group and the overlying Denizgören ophiolite are cropping out in the western part of the Biga Peninsula. The Ezine Group is a thick sedimentary sequence interpreted as a syn-rift deposit of Middle Permian-Early Triassic age. It represents a part of the south Rhodopian passive margin, following the opening of the Maliac/Meliata oceanic domain. The Denizgören ophiolite has been emplaced northward on the Ezine Group in the Barremian (125 Ma, age of the amphibolitic sole); this age is unique in the Aegean domain, but here again, it may be related to a Balkan logic. ? All the previous units (Çetmi mélange, Ezine Group and Denizgören ophiolite) have passively suffered two extensional regimes during the Tertiary. In the Ezine and northern Çetmi mélange area, the underlying HP Çamlýca micaschists were exhumed before the Middle Eocene. As for the southern mélange, it was strongly eroded following the Late Oligocene to Quaternary uplift of the underlying Kazda? Massif. This uplift was characterized by the development of a low-angle detachment fault controlling a part of the exhumation, as well as the development of a supra-detachment basin. ? Based on the previous results, and on the data from the regional geology, one can propose a scenario for the geodynamic evolution of the Biga Peninsula. Its key points are:- The Biga Peninsula is belonging to the Rhodope margin. - The Ezine Group is a remnant of the northern Maliac/Meliata passive margin. - Both the Denizgören ophiolite and the Çetmi mélange have been emplaced northward on the previous margin, respectively in the Barremian and in the Late Albian-Early Cenomanian times. - The preservation of the remnants of the Rhodope margin, as well as the absence of metamorphism in the lower plate suggest a strong strike-slip component during the emplacements. - All the previous events are (at least) partly obliterated by the Tertiary extensional regime.<br/><br/>Le géologue est comme un «historien» de la Terre, qui porte un intérêt particulier à l?étude du passé de notre planète; ce dernier, très ancien, se mesure en dizaines ou centaines de millions d?années (Ma). Or le visage de la terre a constamment évolué au cours des ces millions d?années écoulés, car les plaques (continentales et océaniques) qui composent son enveloppe superficielle ne restent pas immobiles, mais se déplacent continuellement à sa surface, à une vitesse de l?ordre du cm/an (théorie de la tectonique des plaques); c?est ainsi, par exemple, que des océans naissent, grandissent, puis finissent par se refermer. On appelle sutures océaniques, les zones, aujourd?hui sur la terre ferme, où l?on retrouve les restes d?océans disparus. Ces sutures sont caractérisées par deux associations distinctes de roches, que l?on appelle les mélanges et les ophiolites; ces mélanges et ophiolites sont donc les témoins de l?activité passée d?un océan aujourd?hui refermé. L?équipe de recherche dans laquelle ce travail à été réalisé s?intéresse à un vaste domaine océanique fossile: l?océan Néotéthys. Cet océan, de plusieurs milliers de kilomètres de large, séparait alors l?Europe et l?Asie au nord, de l?Afrique, l?Inde et l?Australie au sud. De cet océan, il n?en subsiste aujourd?hui qu?une infime partie, qui se confond avec notre mer Méditerranée actuelle. Or, tout comme l?océan Pacifique est bordé de mers plus étroites (Mer de Chine, du Japon, etc?), l?océan Néotéthys était bordé au nord de mers marginales. C?est dans ce cadre que s?est inscrit mon travail de thèse, puisqu?il a consisté en l?étude d?une suture océanique (mélange plus ophiolite), témoin d?une des mers qui bordait l?océan Néotéthys sur sa marge nord. L?objectif était de préciser de quelle suture il s?agissait, puis de déterminer quand et comment elle avait fonctionné (i.e son évolution géologique). Les roches qui composent cette suture affleurent aujourd?hui en Turquie nord occidentale dans la Péninsule de Biga. Au nord et au sud de la péninsule se trouvent les zones géologique du mélange de Çetmi, et à l?ouest, le Groupe d?Ezine et l?ophiolite susjacente, dite ophiolite de Denizgören. Une étude complète et détaillée de terrain (cartographie, échantillonnage), suivie de diverses analyses en laboratoire (détermination de leur âge, de leur condition de formation, etc?), ont permis d?aboutir aux principaux résultats suivants : - Mise en évidence dans le mélange de Çetmi des témoins (1) de l?océan Lycien disparu (ancienne mer marginale de la Néotéthys), et (2) de la marge continentale qui le bordait au nord. - Fin de l?activité du mélange de Çetmi il y a environ 105 Ma (Albien). - Le mélange de Çetmi est difficilement corrélable dans le temps avec les unités semblables affleurant dans la région d?étude (unicité du mélange), ce qui implique des conditions particulière de formation. - L?ophiolite de Denizgören est un morceau d?océan Lycien posé sur un reste préservé de sa marge continentale nord. - Cette dernière est représentée sur le terrain par une succession de roches caractéristiques, le Groupe d?Ezine. Celui-ci est lui-même un témoin de l?ouverture d?un océan marginal de la Néotethys antérieur au Lycien, l?océan Maliac, qui s?est ouvert il y a 245 Ma (Permien-Trias). - La mise en place de l?ophiolite de Denizgören sur le Groupe d?Ezine (125 Ma, Barrémien) est antérieure à la mise en place du mélange de Çetmi. - Il apparaît que ces deux mises en place sont contemporaines de la formation de la chaîne des Balkans, terminée avant le Cénomanien (100 Ma). - L?évolution dans le temps des objets précédents (océans, marges continentales) montre de grands mouvements latéraux est-ouest entre ces objets (translation). Ce qui implique que les roches que l?on retrouve aujourd?hui sur un transect nord-sud ne l?étaient pas nécessairement auparavant. - Enfin, il s?avère que le mélange de Çetmi, l?ophiolite de Denizgören, et le Groupe d?Ezine ont subi par la suite des déformations extensives importantes qui ont considérablement perturbé le schéma post-mise en place.

Autoecología de los hayedos catalanes

Este estudio está basado en el muestreo de campo y posterior análisis de 24 parcelas de hayedo seleccionadas mediante una estratificación de su área de distribución basada en la clasificación CLATERES de la Ecorregión Catalano-Aragonesa. En cada parcela se han evaluado 3 parámetros fisiográficos, 15 climáticos y 18 edáficos, a partir de los cuales se han establecido sus valores paramétricos centrales y marginales que permiten definir los hábitats fisiográfico, climático y edáfico de las masas de Fagus sylvatica L. en Cataluña. Los hayedos catalanes se presentan sobre substratos litológicos muy diversos (plutonitas, vulcanitas, metamorfitas y sedimentitas, tanto ácidas como básicas), con texturas predominantes francas, franco-arenosas o franco-limosas. Los suelos, según FAO, son mayoritariamente cambisoles. A pesar de que la capacidad de retención de agua de sus suelos es escasa, la sequía fisiológica es reducida. Los humus predominantemente pertenecen a los tipos mull forestal y mull cálcico. Además, se presentan una serie de parámetros selvícolas ( Densidad de pies y densidad de chirpiales, Area basimétrica, Altura Total dominante, Índices de Hart-Becking, Índice de Calidad de Estación y Edad de la masa) que al correlacionarlos con los ecológicos nos ha permitido comprobar que los mejores hayedos se encuentran en las localizaciones más térmicas, en las que incluso se podría producir sequía fisiológica si no fuera por que existen suficientes precipitaciones estivales.

Geology of the Cerro-Quema Au-Cu deposit (Azuero Peninsula, Panama)

The Cerro Quema district, located on the Azuero Peninsula, Panama, is part of a large regional hydrothermal system controlled by regional faults striking broadly E-W, developed within the Río Quema Formation. This formation is composed of volcanic, sedimentary and volcano-sedimentary rocks indicating a submarine depositional environment, corresponding to the fore-arc basin of a Cretaceous-Paleogene volcanic arc. The structures observed in the area and their tectono-stratigraphic relationship with the surrounding formations suggest a compressive and/or transpressive tectonic regime, at least during Late Cretaceous-Oligocene times. The igneous rocks of the Río Quema Formation plot within the calc-alkaline field with trace and rare earth element (REE) patterns of volcanic arc affinity. This volcanic arc developed on the Caribbean large igneous province during subduction of the Farallon Plate. Mineralization consists of disseminations of pyrite and enargite as well as a stockwork of pyrite and barite with minor sphalerite, galena and chalcopyrite, hosted by a subaqueous dacitic lava dome of the Río Quema Formation. Gold is present as submicroscopic grains and associated with pyrite as invisible gold. A hydrothermal alteration pattern with a core of advanced argillic alteration (vuggy silica with alunite, dickite, pyrite and enargite) and an outer zone of argillic alteration (kaolinite, smectite and illite) has been observed. Supergene oxidation overprinted the hydrothermal alteration resulting in a thick cap of residual silica and iron oxides. The ore minerals, the alteration pattern and the tectono-volcanic environment of Cerro Quema are consistent with a high sulfidation epithermal system developed in the Azuero peninsula during pre-Oligocene times.

Seismic characterization of heterogeneous sedimentary and fractured rocks based on Biot's theory of poroelasticity

Understanding and quantifying seismic energy dissipation, which manifests itself in terms of velocity dispersion and attenuation, in fluid-saturated porous rocks is of considerable interest, since it offers the perspective of extracting information with regard to the elastic and hydraulic rock properties. There is increasing evidence to suggest that wave-induced fluid flow, or simply WIFF, is the dominant underlying physical mechanism governing these phenomena throughout the seismic, sonic, and ultrasonic frequency ranges. This mechanism, which can prevail at the microscopic, mesoscopic, and macroscopic scale ranges, operates through viscous energy dissipation in response to fluid pressure gradients and inertial effects induced by the passing wavefield. In the first part of this thesis, we present an analysis of broad-band multi-frequency sonic log data from a borehole penetrating water-saturated unconsolidated glacio-fluvial sediments. An inherent complication arising in the interpretation of the observed P-wave attenuation and velocity dispersion is, however, that the relative importance of WIFF at the various scales is unknown and difficult to unravel. An important generic result of our work is that the levels of attenuation and velocity dispersion due to the presence of mesoscopic heterogeneities in water-saturated unconsolidated clastic sediments are expected to be largely negligible. Conversely, WIFF at the macroscopic scale allows for explaining most of the considered data while refinements provided by including WIFF at the microscopic scale in the analysis are locally meaningful. Using a Monte-Carlo-type inversion approach, we compare the capability of the different models describing WIFF at the macroscopic and microscopic scales with regard to their ability to constrain the dry frame elastic moduli and the permeability as well as their local probability distribution. In the second part of this thesis, we explore the issue of determining the size of a representative elementary volume (REV) arising in the numerical upscaling procedures of effective seismic velocity dispersion and attenuation of heterogeneous media. To this end, we focus on a set of idealized synthetic rock samples characterized by the presence of layers, fractures or patchy saturation in the mesocopic scale range. These scenarios are highly pertinent because they tend to be associated with very high levels of velocity dispersion and attenuation caused by WIFF in the mesoscopic scale range. The problem of determining the REV size for generic heterogeneous rocks is extremely complex and entirely unexplored in the given context. In this pilot study, we have therefore focused on periodic media, which assures the inherent self- similarity of the considered samples regardless of their size and thus simplifies the problem to a systematic analysis of the dependence of the REV size on the applied boundary conditions in the numerical simulations. Our results demonstrate that boundary condition effects are absent for layered media and negligible in the presence of patchy saturation, thus resulting in minimum REV sizes. Conversely, strong boundary condition effects arise in the presence of a periodic distribution of finite-length fractures, thus leading to large REV sizes. In the third part of the thesis, we propose a novel effective poroelastic model for periodic media characterized by mesoscopic layering, which accounts for WIFF at both the macroscopic and mesoscopic scales as well as for the anisotropy associated with the layering. Correspondingly, this model correctly predicts the existence of the fast and slow P-waves as well as quasi and pure S-waves for any direction of wave propagation as long as the corresponding wavelengths are much larger than the layer thicknesses. The primary motivation for this work is that, for formations of intermediate to high permeability, such as, for example, unconsolidated sediments, clean sandstones, or fractured rocks, these two WIFF mechanisms may prevail at similar frequencies. This scenario, which can be expected rather common, cannot be accounted for by existing models for layered porous media. Comparisons of analytical solutions of the P- and S-wave phase velocities and inverse quality factors for wave propagation perpendicular to the layering with those obtained from numerical simulations based on a ID finite-element solution of the poroelastic equations of motion show very good agreement as long as the assumption of long wavelengths remains valid. A limitation of the proposed model is its inability to account for inertial effects in mesoscopic WIFF when both WIFF mechanisms prevail at similar frequencies. Our results do, however, also indicate that the associated error is likely to be relatively small, as, even at frequencies at which both inertial and scattering effects are expected to be at play, the proposed model provides a solution that is remarkably close to its numerical benchmark. -- Comprendre et pouvoir quantifier la dissipation d'énergie sismique qui se traduit par la dispersion et l'atténuation des vitesses dans les roches poreuses et saturées en fluide est un intérêt primordial pour obtenir des informations à propos des propriétés élastique et hydraulique des roches en question. De plus en plus d'études montrent que le déplacement relatif du fluide par rapport au solide induit par le passage de l'onde (wave induced fluid flow en anglais, dont on gardera ici l'abréviation largement utilisée, WIFF), représente le principal mécanisme physique qui régit ces phénomènes, pour la gamme des fréquences sismiques, sonique et jusqu'à l'ultrasonique. Ce mécanisme, qui prédomine aux échelles microscopique, mésoscopique et macroscopique, est lié à la dissipation d'énergie visqueuse résultant des gradients de pression de fluide et des effets inertiels induits par le passage du champ d'onde. Dans la première partie de cette thèse, nous présentons une analyse de données de diagraphie acoustique à large bande et multifréquences, issues d'un forage réalisé dans des sédiments glaciaux-fluviaux, non-consolidés et saturés en eau. La difficulté inhérente à l'interprétation de l'atténuation et de la dispersion des vitesses des ondes P observées, est que l'importance des WIFF aux différentes échelles est inconnue et difficile à quantifier. Notre étude montre que l'on peut négliger le taux d'atténuation et de dispersion des vitesses dû à la présence d'hétérogénéités à l'échelle mésoscopique dans des sédiments clastiques, non- consolidés et saturés en eau. A l'inverse, les WIFF à l'échelle macroscopique expliquent la plupart des données, tandis que les précisions apportées par les WIFF à l'échelle microscopique sont localement significatives. En utilisant une méthode d'inversion du type Monte-Carlo, nous avons comparé, pour les deux modèles WIFF aux échelles macroscopique et microscopique, leur capacité à contraindre les modules élastiques de la matrice sèche et la perméabilité ainsi que leur distribution de probabilité locale. Dans une seconde partie de cette thèse, nous cherchons une solution pour déterminer la dimension d'un volume élémentaire représentatif (noté VER). Cette problématique se pose dans les procédures numériques de changement d'échelle pour déterminer l'atténuation effective et la dispersion effective de la vitesse sismique dans un milieu hétérogène. Pour ce faire, nous nous concentrons sur un ensemble d'échantillons de roches synthétiques idéalisés incluant des strates, des fissures, ou une saturation partielle à l'échelle mésoscopique. Ces scénarios sont hautement pertinents, car ils sont associés à un taux très élevé d'atténuation et de dispersion des vitesses causé par les WIFF à l'échelle mésoscopique. L'enjeu de déterminer la dimension d'un VER pour une roche hétérogène est très complexe et encore inexploré dans le contexte actuel. Dans cette étude-pilote, nous nous focalisons sur des milieux périodiques, qui assurent l'autosimilarité des échantillons considérés indépendamment de leur taille. Ainsi, nous simplifions le problème à une analyse systématique de la dépendance de la dimension des VER aux conditions aux limites appliquées. Nos résultats indiquent que les effets des conditions aux limites sont absents pour un milieu stratifié, et négligeables pour un milieu à saturation partielle : cela résultant à des dimensions petites des VER. Au contraire, de forts effets des conditions aux limites apparaissent dans les milieux présentant une distribution périodique de fissures de taille finie : cela conduisant à de grandes dimensions des VER. Dans la troisième partie de cette thèse, nous proposons un nouveau modèle poro- élastique effectif, pour les milieux périodiques caractérisés par une stratification mésoscopique, qui prendra en compte les WIFF à la fois aux échelles mésoscopique et macroscopique, ainsi que l'anisotropie associée à ces strates. Ce modèle prédit alors avec exactitude l'existence des ondes P rapides et lentes ainsi que les quasis et pures ondes S, pour toutes les directions de propagation de l'onde, tant que la longueur d'onde correspondante est bien plus grande que l'épaisseur de la strate. L'intérêt principal de ce travail est que, pour les formations à perméabilité moyenne à élevée, comme, par exemple, les sédiments non- consolidés, les grès ou encore les roches fissurées, ces deux mécanismes d'WIFF peuvent avoir lieu à des fréquences similaires. Or, ce scénario, qui est assez commun, n'est pas décrit par les modèles existants pour les milieux poreux stratifiés. Les comparaisons des solutions analytiques des vitesses des ondes P et S et de l'atténuation de la propagation des ondes perpendiculaires à la stratification, avec les solutions obtenues à partir de simulations numériques en éléments finis, fondées sur une solution obtenue en 1D des équations poro- élastiques, montrent un très bon accord, tant que l'hypothèse des grandes longueurs d'onde reste valable. Il y a cependant une limitation de ce modèle qui est liée à son incapacité à prendre en compte les effets inertiels dans les WIFF mésoscopiques quand les deux mécanismes d'WIFF prédominent à des fréquences similaires. Néanmoins, nos résultats montrent aussi que l'erreur associée est relativement faible, même à des fréquences à laquelle sont attendus les deux effets d'inertie et de diffusion, indiquant que le modèle proposé fournit une solution qui est remarquablement proche de sa référence numérique.

Spiders on a Hot Volcanic Roof: Colonisation Pathways and Phylogeography of the Canary Islands Endemic Trap-Door Spider Titanidiops canariensis (Araneae, Idiopidae)

Studies conducted on volcanic islands have greatly contributed to our current understanding of how organisms diversify. The Canary Islands archipelago, located northwest of the coast of northern Africa, harbours a large number of endemic taxa. Because of their low vagility, mygalomorph spiders are usually absent from oceanic islands. The spider Titanidiops canariensis, which inhabits the easternmost islands of the archipelago, constitutes an exception to this rule. Here, we use a multi-locus approach that combines three mitochondrial and four nuclear genes to investigate the origins and phylogeography of this remarkable trap-door spider. We provide a timeframe for the colonisation of the Canary Islands using two alternative approaches: concatenation and species tree inference in a Bayesian relaxed clock framework. Additionally, we investigate the existence of cryptic species on the islands by means of a Bayesian multi-locus species delimitation method. Our results indicate that T. canariensis colonised the Canary Islands once, most likely during the Miocene, although discrepancies between the timeframes from different approaches make the exact timing uncertain. A complex evolutionary history for the species in the archipelago is revealed, which involves two independent colonisations of Fuerteventura from the ancestral range of T. canariensis in northern Lanzarote and a possible back colonisation of southern Lanzarote. The data further corroborate a previously proposed volcanic refugium, highlighting the impact of the dynamic volcanic history of the island on the phylogeographic patterns of the endemic taxa. T. canariensis includes at least two different species, one inhabiting the Jandia peninsula and central Fuerteventura and one spanning from central Fuerteventura to Lanzarote. Our data suggest that the extant northern African Titanidiops lineages may have expanded to the region after the islands were colonised and, hence, are not the source of colonisation. In addition, T. maroccanus may harbour several cryptic species.

Evoluutio Rocks!

Kirjallisuusarvostelu

Reactive dissolution of sedimentary rocks in flue gas desulfurization : modeling and experimental investigation

Svavel förekommer i kol och olja och oxideras vid förbränning till svaveldioxid (SO2). Årligen utsläpps stora mängder svaveldioxid som åstadkommer sura regn, minskning av stratosfäriskt ozon och sjukdomar. Av dessa orsaker är det nödvändigt att minska utsläppen av svaveldioxid. Den teknologi som rör planering av reaktorer och processer för rökgasavsvavling (FGD) har utvecklats kraftigt och idag använder man olika typer av lösningar. De vanligaste alternativen för FGD är våtskrubber- och semitorra skrubbersystem (Spray Dry Scrubbers, SDS) och injektionsprocesser för absorbenter. SDS-processer har studerats bland annat av Ahlbeck [4] och Klingspor [5] och injektionsprocesser av Alvfors [6]. Kalksten, som i huvusak består av kalciumkarbonat, används i rökgasavsvavling på grund av sin förmåga att binda svavel i form av sulfatsalter. Den vanligaste rökgasavsvavlingsmetoden är våtskrubbning, där det sedimentära stenmaterialets upplösningshastighet är en av de faktorer som påverkar resultatet mest. Utvärdering av kalkstensreaktivitet är därför speciellt viktig vid planering och drift av anläggningar för rökgasavsvavling. Målsättningen med detta arbete var att modellera upplösningen av olika typers kalksten för att få en kvantitativ utvärdering av kvaliteten på de analyserade proverna. Därtill testades även karbonatbiprodukter från stålindustrin för att utvärdera möjligheter att använda andra råmaterial. Det transienta förloppet har analyserats, varvid upplösningshastigheten modellerades bl.a. i avseende på tid och pH. Under arbetets gång har antalet empiriska korrelationer minskats till fördel för fysikaliska modeller av diffusiva och konvektiva masstransportfenomen. En målsättning var att skapa en effektiv och snabb metod för att testa olika absorbenter för rökgasavsvavling under transienta förlopp. I arbetet användes PSD-analys, gjordes pH-mätningar och andra utvärderingar av de fysikaliska parametrar som ingår i beräkningarna. On-line mätningar för de icke-stationära variablerna tid och pH ger möjlighet att eliminera osäkerheter. Vissa modeller kan vara komplicerade. En modell för upplösningshastigheten med mer detaljerad utvärdering av parametrar och färre approximationer är därför nödvändig då man vill utvärdera reaktionshastigheten för fasta partiklar i sur miljö. Arbetet utfördes under fyra år och fem peer review-artiklar ingår i avhandlingen.

Structure-related magnetic fabric studies : implications for deformed and undeformed Precambrian rocks

The aim of this thesis research was to gain a better understanding of the emplacement of rapakivi granite intrusions, as well as the emplacement of gold-bearing hydrothermal fluids in structurally controlled mineralizations. Based on investigations of the magnetic fabric, the internal structures could be analysed and the intrusion mechanisms for rapakivi granite intrusions and respectively different deformation stages within gold-bearing shear and fault zones identified. Aeromagnetic images revealed circular structures within the rapakivi granite batholiths of Wiborg, Vehmaa and Åland. These circular structures represent intrusions that eventually build up these large batholiths. The rapakivi granite intrusions of Vehmaa, Ruotsinpyhtää within the Wiborg batholith and Saltvik intrusions within the Åland batholith all show bimodal magnetic susceptibilities with paramagnetic and ferromagnetic components. The distribution of the bimodality is related to different magma batches of the studied intrusions. The anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) reveals internal structures that cannot be studied macroscopically or by microscope. The Ruotsinpyhtää and Vehmaa intrusions represent similar intrusion geometries, with gently to moderately outward dipping magnetic foliations. In the case of Vehmaa, the magnetic lineations are gently plunging and trend in the directions of the slightly elongated intrusion. The magnetic lineations represent magma flow. The shapes of the AMS ellipsoids are also more planar (oblate) in the central part of the intrusion, whereas they become more linear (prolate) near the margin. These AMS results, together with field observations, indicate that the main intrusion mechanism has involved the subsidence of older blocks with successive intrusion of fractionated magma during repeated cauldron subsidence. The Saltvik area within the Åland batholith consists of a number of smaller elliptical intrusions of different rapakivi types forming a multiple intrusive complex. The magnetic fabric shows a general westward dipping of the pyterlite and eastward dipping of the contiguous even-grained rapakivi granite, which indicates a central inflow of magma batches towards the east and west resulting from a laccolitic emplacement of magma batches, while the main mechanism for space creation was derived from subsidence. The magnetic fabric of structurally controlled gold potential shear and fault zones in Jokisivu, Satulinmäki and Koijärvi was investigated in order to describe the internal structures and define the deformation history and emplacement of hydrothermal fluids. A further aim of the research was to combine AMS studies with palaeomagnetic methods to constrain the timing for the shearing event relative to the precipitation of ferromagnetic minerals and gold. All of the studied formations are dominated by monoclinic pyrrhotite. The AMS directions generally follow the tectonic structures within the formations. However, internal variations in the AMS direction as well as the shapes of the AMS ellipsoids are observed within the shear zones. In Jokisivu and Satulinmäki in particular, the magnetic signatures of the shear zone core differ from the margins. Furthermore, the shape of the magnetic fabric in the shear zone core of Jokisivu is dominated by oblate shapes, whereas the margins exhibit prolate shapes. These variations indicate a later effect of the hydrothermal fluids on the general shear event. The palaeo-magnetic results reveal a deflection from the original Svecofennian age geomagnetic direction. These results, coupled with correlations between the orientation of the NRM vectors and the magnetic and rock fabrics, imply that the gold-rich hydrothermal fluids were emplaced pre/syntectonically during the late stages of the Svecofennian orogeny.