(Table S1) Stable carbon and oxygen isotopes and Mg/Ca ratios of planktonic foraminifera from ODP Hole 198-1209B

The Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) has been attributed to a rapid rise in greenhouse gas levels. If so, warming should have occurred at all latitudes, although amplified toward the poles. Existing records reveal an increase in high-latitude sea surface temperatures (SSTs) (8° to 10°C) and in bottom water temperatures (4° to 5°C). To date, however, the character of the tropical SST response during this event remains unconstrained. Here we address this deficiency by using paired oxygen isotope and minor element (magnesium/calcium) ratios of planktonic foraminifera from a tropical Pacific core to estimate changes in SST. Using mixed-layer foraminifera, we found that the combined proxies imply a 4° to 5°C rise in Pacific SST during the PETM. These results would necessitate a rise in atmospheric pCO2 to levels three to four times as high as those estimated for the late Paleocene.

Stable isotopes and Mg/Ca ratios on foraminifera and Ba/Ca ratios of sediment core SK168/GC-1

The past variability of the South Asian Monsoon is mostly known from records of wind strength over the Arabian Sea while high-resolution paleorecords from regions of strong monsoon precipitation are still lacking. Here, we present records of past monsoon variability obtained from sediment core SK 168/GC-1, which was collected at the Alcock Seamount complex in the Andaman Sea. We utilize the ecological habitats of different planktic foraminiferal species to reconstruct freshwater-induced stratification based on paired Mg/Ca and d18O analyses and to estimate seawater d18O (d18Osw). The difference between surface and thermocline temperatures (delta T) and d18Osw (delta d18Osw) is used to investigate changes in upper ocean stratification. Additionally, Ba/Ca in G. sacculifer tests is used as a direct proxy for riverine runoff and sea surface salinity (SSS) changes related to monsoon precipitation on land. Our delta d18Osw time series reveals that upper ocean salinity stratification did not change significantly throughout the last glacial suggesting little influence of NH insolation changes. The strongest increase in temperature gradients between the mixed layer and the thermocline is recorded for the mid-Holocene and indicate the presence of a significantly shallower thermocline. In line with previous work, the d18Osw and Ba/Ca records demonstrate that monsoon climate during the LGM was characterized by a significantly weaker southwest monsoon circulation and strongly reduced runoff. Based on our data the South Asian Summer Monsoon (SAM) over the Irrawaddyy strengthened gradually after the LGM beginning at ~18 ka. This is some 3 kyrs before an increase of the Ba/Ca record from the Arabian Sea and indicates that South Asian Monsoon climate dynamics are more complex than the simple N-S displacement of the ITCZ as generally described for other regions. Minimum d18Osw values recorded during the mid-Holocene are in phase with Ba/Ca marking a stronger monsoon precipitation, which is consistent with model simulations.

(Appendix) Stable carbon and oxygen isotopes, and Mg/Ca ratios of foraminifera from ODP Hole 154-925A

To better understand the links between the carbon cycle and changes in past climate over tectonic timescales we need new geochemical proxy records of secular change in silicate weathering rates. A number of proxies are under development, but some of the most promising (e.g. palaeoseawater records of Li and Nd isotope change) can only be employed on such large samples of mono-specific foraminifera that application to the deep sea sediment core archive becomes highly problematic. "Dentoglobigerina" venezuelana presents a potentially attractive target for circumventing this problem because it is a typically large (> 355 ?m diameter), abundant and cosmopolitan planktic foraminifer that ranges from the early Oligocene to early Pliocene. Yet considerable taxonomic and ecological uncertainties associated with this taxon must first be addressed. Here, we assess the taxonomy, palaeoecology, and ontogeny of "D." venezuelana using stable isotope (oxygen and carbon) and Mg/Ca data measured in tests of late Oligocene to early Miocene age from Ocean Drilling Program (ODP) Site 925, on Ceara Rise, in the western equatorial Atlantic. To help constrain the depth habitat of "D." venezuelana relative to other species we report the stable isotope composition of selected planktic foraminifera species within Globigerina, Globigerinoides, Paragloborotalia and Catapsydrax. We define three morphotypes of "D." venezuelana based on the morphology of the final chamber and aperture architecture. We determine the trace element and stable isotope composition of each morphotype for different size fractions, to test the validity of pooling these morphotypes for the purposes of generating geochemical proxy datasets and to assess any ontogenetic variations in depth habitat. Our data indicate that "D." venezuelana maintains a lower thermocline depth habitat at Ceara Rise between 24 and 21 Ma. Comparing our results to published datasets we conclude that this lower thermocline depth ecology for the Oligo-Miocene is part of an Eocene-to-Pliocene evolution of depth habitat from surface to sub-thermocline for "D." venezuelana. Our size fraction data advocate the absence of photosymbionts in "D." venezuelana and suggest that juveniles calcify higher in the water column, descending into slightly deeper water during the later stages of its life cycle. Our morphotype data show that d18O and d13C variation between morphotypes is no greater than within-morphotype variability. This finding will permit future pooling of morphotypes in the generation of the "sample hungry" palaeoceanographic records.

Stable carbon and oxygen isotopes and Mg/Ca ratios of foraminifers from ODP Site 202-1241 sediments

A combination of stable isotope records and Mg/Ca temperature estimates of four different planktonic foraminiferal species from Ocean Drilling Program Site 1241 allows differentiation between temperature and salinity changes in the tropical east Pacific (TEP) upper water column during the Pliocene (~5.7-2.1 Ma). The deviation of d18O records and Mg/Ca temperature estimates from thermocline-dwelling planktonic foraminifers suggests that local changes in salinity exerted a much stronger control on Pliocene TEP upper ocean water mass signatures than previously assumed. The most pronounced Pliocene change in TEP upper ocean stratification was the shoaling of the thermocline from ~4.8 to 4.0 Ma that was possibly triggered by changes in the configuration of low-latitude ocean gateways. During this time interval, mixed-layer temperatures and salinities remained relatively constant in contrast to a pronounced temperature (~6°C) and salinity decrease at the bottom of the photic zone. This change led to a new state in the thermal structure of the TEP, as the thermocline remained relatively shallow until ~2.1 Ma.

Mg/Ca ratio, Sr/Ca ratio and stable isotopes of the foraminifera Oridorsalis umbonatus in surface sediment samples

We investigate the influence of carbonate system parameters (carbonate ion concentration, [CO3**2-]; carbonate ion saturation, Delta [CO3**2-]) on the trace element and stable isotope ratios in the endobenthic foraminifera Oridorsalis umbonatus. Data from modern core top samples from the Namibian continental slope suggest that the shell composition of this species is influenced by the chemistry of the pore-water. For these organic-rich sediments, the impact of ocean bottom water properties on both pore-water and shell chemistry is surprisingly small. Sr/Ca correlates positively with [CO3**2-] and to a lesser extent with Delta [CO3**2-], which is opposed to previous results. A [CO3**2-] decrease of 10 µmol/kg leads to an increase of 0.05 mmol/mol in Sr/Ca. We observe a correlation between shell d18O (corrected for temperature and d18O seawater) and [CO3**2-], however, the variability of the corrected d18O is close to the analytical limit. No clear dependences were observed for d13C and Mg/Ca.

Dispersión agrícola y cambio social en las Sierras de Córdoba (ca. 1000 a C.- 1600 d C.) Agricultural spread and social change in Córdoba Hills (ca. 1000 b C- 1600 a D.)

El proceso cultural en las Sierras de Córdoba fue habitualmente concebido como marginal con respecto al Noroeste Argentino. Tras el establecimiento del esquema básico de la secuencia prehispánica, a mediados del siglo pasado, se definió una etapa agroalfarera de cronología tardía, que continuaba a una extensa etapa precerámica cuyos límites se aproximaban a la transición Pleistoceno-Holoceno. Se hacía referencia, de este modo, al advenimiento de un modo de vida agrícola y aldeano, que reemplazaba a otro basado en la caza y recolección. Dicha transformación, alternativamente atribuida a la población cazadora local o a una migración de grupos agricultores desde regiones vecinas, se habría consumado hacia 1500 AP, fijando uno de los límites de la dispersión de la agricultura andina. Es necesario destacar la extremada escasez y el carácter indirecto de las evidencias arqueológicas utilizadas para sustentar la ocurrencia de tal proceso. Asimismo, la vigencia de supuestos que han comenzado a mostrar inconsistencias con los resultados de las recientes investigaciones. Entre ellos, principalmente, el que asume que la introducción de la agricultura dio paso a una transformación radical de las sociedades prehispánicas, constituyendo un hito fundamental en su devenir histórico, el comienzo de una nueva etapa. Nuestros últimos estudios en el sector central de las Sierras de Córdoba apuntaron, entre otros objetivos, a reconocer indicadores arqueológicos directos de producción agrícola, así como de la manipulación y consumo de plantas cultivadas. Los primeros resultados nos permiten vislumbrar un escenario complejo que desafía los modelos vigentes. El consumo de maíz, por ejemplo, parece haber antecedido por muchos siglos a la adopción de prácticas agrícolas. El acceso a este cultígeno, sumado a otros elementos, indicaría cambios entre los cazadores-recolectores serranos, promovidos por su integración en redes macrorregionales que los vincularon con sociedades agricultoras de la vertiente oriental andina y quizás del Chaco Santiagueño, por lo menos desde 2500 AP. En definitiva, la agricultura no parece haber sido adoptada rápidamente ni provocado transformaciones profundas e inmediatas en la organización de los grupos prehispánicos. Se ha observado, por el contrario, la incorporación gradual de distintas innovaciones que incluso permiten relacionar la manipulación y más tarde el cultivo de plantas domesticadas, con procesos de intensificación productiva de mayor escala temporal. Uno de nuestros objetivos en este proyecto consiste, básicamente, en profundizar las investigaciones en curso a fin de ampliar el cuerpo de datos con el cual analizar y discutir el problema de la dispersión agrícola en la región. Ello implica el tratamiento de diferentes líneas de evidencia, en particular: 1) la distribución regional de sitios arqueológicos y las modalidades de ocupación de las tierras cultivables; 2) la búsqueda de superficies de cultivo en sitios estratificados; y 3) estudios arqueobotánicos, polínicos y de isótopos estables. Se entiende que no le corresponde a la arqueología asumir apriorísticamente el significado histórico de la introducción de la agricultura, sino establecerlo en cada caso puntual a través de la investigación concreta. Nuestro segundo objetivo consiste, por lo tanto, en delinear los cambios (económicos, tecnológicos, políticos, sociales) que acompañaron al proceso de dispersión agrícola. Ello implica el tratamiento de diferentes problemas, entre otros: 1) las prácticas de apropiación de los recursos silvestres; 2) la continuidad y cambio tecnológico; 3) la movilidad y la articulación microambiental; y 4) los aspectos políticos y sociales ligados a prácticas como la molienda grupal y la producción del arte rupestre. The radical chage of societies from hunter-gatherers to farmers in 1500 BP was considered a milestone whitin the cultural process of pre-hispanic societies in Cordoba Hill. But there is a shortage of archaeological remains to support this change and there are weak hypotheses of absolute transformations. During the last years, our studies carried out on the central area of Cordoba Hill have tried to recognize direct archaeological signs of agriculture production as well as the handling and consumption of crops. The first results show a complex set that challenges the current theoretical models. For example, the corn was probably eatten prior to its adoption for farm practices. Our first main consists in increasing a corpus of data about the spread of agriculture in Cordoba region that we have been researching for the last years. These researches involve different lines of evidence: 1-regional location of archaeological sites and kinds of occupation on cultivable lands; 2-the search for plots at archaeological sites; 3-archaeobotanical, pollen and stable isotopes studies. Our second main consists in outlining changes within the spread of agriculture. It implies to considering different problems: 1-the practices to gatherer wild resources; 2-the continuity and changes of technologies; 3-the mobility and the articulation on the micro-environment; 4-political and social aspects in connection with activities such as groupal grinding and rock art productions.

Environmental and biological controls on the geochemistry (δ18O, δ13C, Mg/Ca, and Sr/Ca) of living ostracods from Lake Geneva

ABSTRACT : Ostracods are benthic microcrustaceans enclosed in low-Mg calcite bivalves. Stable isotope compositions, Mg/Ca, and Sr/Ca ratios of ostracod fossil valves have proven useful to reconstruct past environmental conditions. Yet, several discrepancies persist and the influence of many factors remains unclear. It is the aim of this study to improve the use of ostracod valve geochemistry as palaeoenvironmental proxies by examining the extent of isotope fractionation and trace element partitioning during valve calcification. To achieve this, the environmental parameters (pH, temperature) and chemical composition of water (C-and O-isotope composition and calcium, magnesium, and strontium content) were measured at sites where living ostracods were sampled. The sampling was on a monthly basis over the course of one year at five different water depths (2, 5, 13, 33, and 70 m) in Lake Geneva, Switzerland. The one-year sampling enabled collection of environmental data for bottom and interstitial pore water. In littoral to sublittoral zones, C-isotope composition of DIC and the Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water are found to vary concomitantly with water temperature. This is due to the precipitation of calcite, which is induced by higher photosynthetic activity as temperature and/or solar radiation intensify in summer. In deeper zones, environmental parameters remain largely constant throughout the year. Variations of pH, DIC concentrations and C-isotope compositions in interstitial water result from aerobic as well as anaerobic respiration, calcite dissolution and methanogenesis. Bathymetric distribution, life cycles, and habitats were derived for 15 ostracod species and are predominantly related to water temperature and sediment texture. O-isotope compositions of ostracod valves in Lake Geneva reflect that of water and temperature. However, offsets of up to 3 permil are observed in comparison with proposed inorganic calcite precipitation equilibrium composition. Deprotonation of HCO3- and/or salt effect at crystallisation sites may explain the disequilibrium observed for O-isotopic compositions. C-isotope compositions of ostracod valves are not as well constrained and appear to be controlled by a complex interaction between habitat preferences and seasonal as well as spatial variations of the DIC isotope composition. For infaunal forms, C-isotope compositions reflect mainly the variation of DIC isotope composition in interstitial pore waters. For epifaunal forms, C-isotope compositions reflect the seasonal variation of DIC isotope compositions. C-isotope compositions of ostracod valves is at equilibrium with DIC except for a small number of species (L. inopinata, L. sanctipatricii and possibly C. ophtalmica, and I. beauchampi). Trace element uptake differs considerably from species to species. For most epifaunal forms, trace element content follows the seasonal cycle, recording temperature increases and/or variations of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In contrast, infaunal forms are predominantly related to sediment pore water chemistry. RÉSUMÉ EN FRANÇAIS : Les ostracodes sont de petits crustacés benthiques qui possèdent une coquille faite de calcite à faible teneur en magnésium. La composition isotopique et les rapports Mg/Ca et Sr/Ca d'ostracodes fossiles ont été utilisés maintes fois avec succès pour effectuer des reconstructions paléoenvironnementales. Néanmoins, certains désaccords persistent sur l'interprétation de ces données. De plus, l'influence de certains facteurs pouvant biaiser le signal reste encore inconnue. Ainsi, le but de cette étude est de rendre plus performant l'emploi de la composition géochimique des ostracodes comme indicateur paléoenvironnemental. Pour réaliser cela, cinq sites situés dans le Léman à 2, 5, 13, 33 et 70 m de profondeur ont été choisis pour effectuer les échantillonnages. Chaque site a été visité une fois par mois durant une année. Les différents paramètres environnementaux (pH, température) ainsi que la composition géochimique de l'eau (composition isotopique de l'oxygène et du carbone ainsi que teneur en calcium, magnésium et strontium) ont été déterminés pour chaque campagne. Des ostracodes vivants ont été récoltés au cinq sites en même temps que les échantillons d'eau. Ce travail de terrain a permis de caractériser la géochimie de l'eau se trouvant juste au-dessus des sédiments ainsi que celle de l'eau se trouvant dans les interstices du sédiment. Dans les zones littorales à sublittorales, la composition isotopique du carbone inorganique dissout (CID) ainsi que les rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau varient linéairement avec la température. Ceci peut être expliqué par la précipitation de calcite qui est contrôlée par l'activité photosynthétique, variant elle même linéairement avec la température. Dans les zones plus profondes, les paramètres environnementaux restent relativement constants tout au long de l'année. Les variations du pH, de la concentration et de la composition isotopique du CID dans les sédiments résultent de la libération de carbone engendrée par la dégradation de la matière organique avec présence d'oxygène ou via réduction de nitrates et de sulfates, par la dissolution de carbonates, ainsi que par la méthanogenèse. La distribution bathymétrique, le cycle de vie ainsi que l'habitat de 15 espèces ont été déterminés. Ceux-ci sont principalement reliés à la température de l'eau et à la texture des sédiments. La composition isotopique de l'oxygène des valves d'ostracodes reflète celle de l'eau et la température qui régnait lors de la calcification. Néanmoins, des écarts pouvant aller jusqu'à 3 0/00 par rapport à l'équilibre théorique ont été obtenus. La déprotonation de HCO3 ou un 'effet de sel' pourrait être à l'origine du déséquilibre observé. La composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes n'est pas aussi bien cernée. Celle-ci semble être principalement contrôlée par une interaction complexe entre l'habitat des ostracodes et les variations saisonnières et spatiales de la composition isotopique du CID. Pour les espèces endofaunes, la composition isotopique du carbone reflète principalement la variation de la composition isotopique du CID à l'intérieur des sédiments. Pour les formes épifaunes, c'est la variation saisonnière de la composition du CID qui contrôle celle de la coquille des ostracodes. En général, la composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes est en équilibre avec celle de CID, hormis pour quelques rares espèces (L. inopinata, L. sanctipatricii et peut-être C. ophtalmica et I. beauchampi). L'incorporation des éléments traces diffère passablement d'une espèce à l'autre. Pour la plupart des espèces épifaunes, la teneur en éléments traces des coquilles reflète les variations saisonnières. Ces espèces semblent enregistrer les variations soit de la température soit des rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau. La teneur en élément traces des formes infaunales, au contraire, est principalement reliée à la chimie de l'eau interstitielle. RÉSUMÉ GRAND-PUBLIC : La connaissance de l'évolution du climat dans le futur est primordiale pour notre société, car elle permet de développer différentes stratégies pour faire face aux problèmes engendrés pas le changement climatique : stratégies environnementale, humanitaire, ou encore économique. Cette problématique est actuellement, à juste titre, sujet d'une vive préoccupation. La géologie peut-elle contribuer à l'effort communautaire entrepris? Naturellement, ce sont les climatologues qui sont sur le devant de la scène. Il n'empêche que ces derniers, pour pouvoir prédire l'avenir, doivent s'appuyer sur le passé. La géologie est alors d'un grand intérêt car c'est effectivement la seule science qui permette d'estimer les variations climatiques à grande échelle sur de longues périodes. Ainsi, voulant moi-même contribuer aux recherches menées dans ce domaine, je me suis tourné à la fin de mes études vers la paléoclimatologie, science qui a pour but de reconstruire le climat des temps anciens. Nous nous sommes rendu compte que l'évolution climatique de la région où nous habitons n'avait pas encore fait le sujet d'études approfondies. Il est pourtant important de connaître la variation locale des changements climatiques pour obtenir des modèles climatiques fiables. En conséquence, un vaste projet a vu le jour : reconstruire, à l'aide des sédiments du lac Léman, les variations paléoclimatiques et paléo-environnementales depuis le retrait du Glacier de Rhône, il y a environ 15'000 ans, jusqu'à nos jours. Pour ce genre de travail, la géochimie, qui est une forme de chimie, utilisée en science de la terre regroupant la chimie classique et la chimie isotopique, est une alliée particulièrement efficace. Elle permet en effet, via différentes mesures faites sur des archives géologiques (par exemple des fossiles ou des sédiments) d'obtenir des informations, souvent quantitatives, sur les conditions (le climat, la flore ou encore la bio productivité, etc...) qui régnaient il y a fort longtemps. Les coquilles d'ostracodes, qui sont de petits animaux vivant au fond des lacs, sont une des archives les plus prometteuses. Ces animaux sont des petits crustacés s'entourant d'une coquille calcaire qu'ils sécrètent eux-mêmes. A la mort de l'animal, la coquille est intégrée dans les sédiments et reste intacte à travers les âges. Des études ont montré qu'en analysant la géochimie de ces coquilles fossiles, il est possible de reconstruire les conditions environnementales qui régnaient à l'époque de vie de ces fossiles. Cette démarche nécessite qu'une condition bien précise soit remplie: la composition géochimique de la coquille doit enregistrer de manière fidèle la chimie de l'eau et/ou la température de l'eau présentes au moment de la sécrétion de la coquille. Le but spécifique de notre recherche a précisément été d'étudier la façon dont la chimie de l'eau ainsi que sa température sont enregistrées dans la coquillé des ostracodes. Une fois les relations entre ces divers paramètres dans l'étant actuel du système établies, il sera alors possible de les utiliser pour interpréter des données issues de coquilles fossiles. Pour ce faire, nous avons mesuré la température de l'eau de manière continue et récolté mensuellement des échantillons d'eau et des ostracodes vivants pendant une année. Cinq sites situés à 2, 5, 13, 33 et 70 mètres de profondeur ont été choisis pour effectuer ces échantillonnages dans le Léman. Le travail de terrain nous a amené à étudier la biologie de 15 espèces. Nous avons pu établir la profondeur à laquelle vivent ces animaux, leur période de développement ainsi que leur habitat respectifs. Ces résultats ont permis de mieux cerner la relation qu'il existe entre la chimie de l'eau, sa température et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes. Nous avons ainsi pu confirmer que les coquilles d'ostracodes enregistrent de manière fidèle la composition chimique et isotopique de l'eau. De même, nous avons pu établir de manière plus précise l'effet de la température sur la géochimie des coquilles. Néanmoins, les relations trouvées entre ces trois éléments sont plus complexes pour certaines espèces, cette complexité étant souvent liée à un caractère spécifique de leur écologie. Nous avons mis en lumière certains effets qui biaisent les résultats et défini précisément les conditions dans lesquelles on peut s'attendre à avoir des difficultés dans leur interprétation. Maintenant que nous avons établi les relations entre le climat actuel et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes actuels, nous pouvons, sur la base de ce modèle, reconstruire le climat depuis le retrait du Glacier du Rhône jusqu'à nos jours à l'aide d'ostracodes fossiles. Mais cela est une autre histoire et fera, je l'espère, le sujet de nos futures recherches.

Origin of mineralizing fluids of the sediment-hosted Navachab gold mine, Namibia: Constraints from stable (O, H, C, S) isotopes

The Navachab gold mine in the Damara belt of central Namibia is characterized by a polymetallic Au-Bi-As-Cu-Ag ore assemblage, including pyrrhotite, chalcopyrite, sphalerite, arsenopyrite, bismuth, gold, bismuthinite, and bismuth tellurides. Gold is hosted by quartz sulfide veins and semimassive sulfide lenses that are developed in a near-vertical sequence of shelf-type metasedimentary rocks, including marble, calcsilicate rock, and biotite schist. The sequence has been intruded by abundant syntectonic lamprophyre, aplite, and pegmatite dikes, documenting widespread igneous activity coeval with mineralization. The majority of quartz from the veins has delta(18)O values of 14 to 15 per mil (V-SMOW). The total variations in delta(18)O values of the biotite schist and calcsilicate rock are relatively small (12-14 parts per thousand), whereas the marble records steep gradients in delta(18)O values (17-21 parts per thousand), the lowest values being recorded at the vein margins. Despite this, there is no correlation between delta(18)O and delta(13)C values and the carbonate content of the rocks, indicating that fluid-rock interaction alone cannot explain the isotopic gradients. In addition, the marble records increased delta(13)C values at the contact to the veins, possibly related to a change in the physicochemical conditions during fluid-rock interaction. Gold is interpreted to have precipitated in equilibrium with metamorphic find (delta(18)O 12-14 parts per thousand; delta D = -40 to -60 parts per thousand) at peak metamorphic conditions of ca. 550 degrees C and 2 kbars, consistent with isotopic fractionations between coexisting calcite, garnet, and clinopyroxene in the alteration halos. The most likely source of the mineralizing fluid was a midcrustal fluid in equilibrium with the Damaran metapelites that underwent prograde metamorphism at amphibolite- to granulite-facies grades. Although there is no isotopic evidence for the contribution of magmatic fluids, they may have been important in contributing to the overall hydraulic regime and high apparent geothermal gradients (ca. 80 degrees C/km(-1)) in the mine area.

Quantification of magmatic and hydrothermal processes in a peralkaline syenite-alkali granite complex based on textures, phase equilibria, and stable and radiogenic isotopes

The Puklen complex of the Mid-Proterozoic Gardar Province, South Greenland, consists of various silica-saturated to quartz-bearing syenites, which are intruded by a peralkaline granite. The primary mafic minerals in the syenites are augite +/- olivine + Fe-Ti oxide + amphibole. Ternary feldspar thermometry and phase equilibria among mafic silicates yield T = 950-750degreesC, a(SiO2) = 0.7-1 and an f(O2) of 1-3 log units below the fayalite-magnetite-quartz (FMQ) buffer at 1 kbar. In the granites, the primary mafic minerals are ilmenite and Li-bearing arfvedsonite, which crystallized at temperatures below 750degreesC and at f(O2) values around the FMQ buffer. In both rock types, a secondary post-magmatic assemblage overprints the primary magmatic phases. In syenites, primary Ca-bearing minerals are replaced by Na-rich minerals such as aegirine-augite and albite, resulting in the release of Ca. Accordingly, secondary minerals include ferro-actinolite, (calcite-siderite)(ss), titanite and andradite in equilibrium with the Na-rich minerals. Phase equilibria indicate that formation of these minerals took place over a long temperature interval from near-magmatic temperatures down to similar to300degreesC. In the course of this cooling, oxygen fugacity rose in most samples. For example, late-stage aegirine in granites formed at the expense of arfvedsonite at temperatures below 300degreesC and at an oxygen fugacity above the haematite-magnetite (HM) buffer. The calculated delta(18)O(melt) value for the syenites (+5.9 to +6.3parts per thousand) implies a mantle origin, whereas the inferred delta(18)O(melt) value of <+5.1parts per thousand for the granitic melts is significantly lower. Thus, the granites require an additional low-delta(18)O contaminant, which was not involved in the genesis of the syenites. Rb/Sr data for minerals of both rock types indicate open-system behaviour for Rb and Sr during post-magmatic metasomatism. Neodymium isotope compositions (epsilonNd(1170 Ma) = -3.8 to -6.4) of primary minerals in syenites are highly variable, and suggest that assimilation of crustal rocks occurred to variable extents. Homogeneous epsilon(Nd) values of -5.9 and -6.0 for magmatic amphibole in the granites lie within the range of the syenites. Because of the very similar neodymium isotopic compositions of magmatic and late- to post-magmatic minerals from the same syenite samples a principally closed-system behaviour during cooling is implied. In contrast, for the granites an externally derived fluid phase is required to explain the extremely low epsilon(Nd) values of about -10 and low delta(18)O between +2.0 and +0.5parts per thousand for late-stage aegirine, indicating an open system in the late-stage history. In this study we show that the combination of phase equilibria constraints with stable and radiogenic isotope data on mineral separates can provide much better constraints on magma evolution during emplacement and crystallization than conventional whole-rock studies.