Assessment of metal and trace element concentrations in the Cananeia estuary, Brazil, by neutron activation and atomic absorption techniques

Twenty six bottom sediment samples were collected from the Cananeia estuary in summer and winter of 2005. Multielemental analysis was carried out by instrumental neutron activation analysis. Total mercury was determined by cold vapor atomic absorption. As, Cr, Hg and Zn concentrations were compared to the Canadian oriented values (TEL and PEL). Sample points 4 and 9 presented higher concentration for most elements and As and Cr exceeded the TEL values. Organic matter (>10%) associated with siltic and clay sediments was observed. Climatic conditions, hydrodynamic and biogeochemical processes promote differences in seasonal concentrations of elements at some points, which contribute to special distributions.

Rainwater major and trace element contents in Southeastern Brazil: an assessment of a sugar cane region in dry and wet period

The purpose of this study was to assess the composition of the rainwater in Araraquara City, Brazil, a region strongly influenced by pre-harvest burning of sugar cane crops. Chemical and mineralogical variables were measured in rainwater collected during the harvest, dry period of 2009 and the non-harvest, wet period of 2010. Ca2+ and NH4+ were responsible for 55% of cations and NO3- for 45% of anions in rainwater. Al and Fe along with K were the most abundant among trace elements in both soluble and insoluble fractions. High volume weighted mean concentration (VWM) for most of the analyzed species were observed in the harvest, dry period, mainly due to agricultural activities and meteorological conditions. The chemistry of the Araraquara rainwater and principal component analysis (PCA) quantification clearly indicate the concurrence of a diversity of sources from natural to anthropogenic especially related to agricultural activities.

Constraints on mantle melting from major and trace element systematics in residual abyssal peridotites

ZusammenfassungDie Bildung von mittelozeanischen Rückenbasalten (MORB) ist einer der wichtigsten Stoffflüsse der Erde. Jährlich wird entlang der 75.000 km langen mittelozeanischen Rücken mehr als 20 km3 neue magmatische Kruste gebildet, das sind etwa 90 Prozent der globalen Magmenproduktion. Obwohl ozeanische Rücken und MORB zu den am meisten untersuchten geologischen Themenbereichen gehören, existieren weiterhin einige Streit-fragen. Zu den wichtigsten zählt die Rolle von geodynamischen Rahmenbedingungen, wie etwa Divergenzrate oder die Nähe zu Hotspots oder Transformstörungen, sowie der absolute Aufschmelzgrad, oder die Tiefe, in der die Aufschmelzung unter den Rücken beginnt. Diese Dissertation widmet sich diesen Themen auf der Basis von Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen in Mineralen ozeanischer Mantelgesteine.Geochemische Charakteristika von MORB deuten darauf hin, dass der ozeanische Mantel im Stabilitätsfeld von Granatperidotit zu schmelzen beginnt. Neuere Experimente zeigen jedoch, dass die schweren Seltenerdelemente (SEE) kompatibel im Klinopyroxen (Cpx) sind. Aufgrund dieser granatähnlichen Eigenschaft von Cpx wird Granat nicht mehr zur Erklärung der MORB Daten benötigt, wodurch sich der Beginn der Aufschmelzung zu geringeren Drucken verschiebt. Aus diesem Grund ist es wichtig zu überprüfen, ob diese Hypothese mit Daten von abyssalen Peridotiten in Einklang zu bringen ist. Diese am Ozeanboden aufgeschlossenen Mantelfragmente stellen die Residuen des Aufschmelz-prozesses dar, und ihr Mineralchemismus enthält Information über die Bildungs-bedingungen der Magmen. Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen von Peridotit-proben des Zentralindischen Rückens (CIR) wurden mit Mikrosonde und Ionensonde bestimmt, und mit veröffentlichten Daten verglichen. Cpx der CIR Peridotite weisen niedrige Verhältnisse von mittleren zu schweren SEE und hohe absolute Konzentrationen der schweren SEE auf. Aufschmelzmodelle eines Spinellperidotits unter Anwendung von üblichen, inkompatiblen Verteilungskoeffizienten (Kd's) können die gemessenen Fraktionierungen von mittleren zu schweren SEE nicht reproduzieren. Die Anwendung der neuen Kd's, die kompatibles Verhalten der schweren SEE im Cpx vorhersagen, ergibt zwar bessere Resultate, kann jedoch nicht die am stärksten fraktionierten Proben erklären. Darüber hinaus werden sehr hohe Aufschmelzgrade benötigt, was nicht mit Hauptelementdaten in Einklang zu bringen ist. Niedrige (~3-5%) Aufschmelzgrade im Stabilitätsfeld von Granatperidotit, gefolgt von weiterer Aufschmelzung von Spinellperidotit kann jedoch die Beobachtungen weitgehend erklären. Aus diesem Grund muss Granat weiterhin als wichtige Phase bei der Genese von MORB betrachtet werden (Kapitel 1).Eine weitere Hürde zum quantitativen Verständnis von Aufschmelzprozessen unter mittelozeanischen Rücken ist die fehlende Korrelation zwischen Haupt- und Spuren-elementen in residuellen abyssalen Peridotiten. Das Cr/(Cr+Al) Verhältnis (Cr#) in Spinell wird im Allgemeinen als guter qualitativer Indikator für den Aufschmelzgrad betrachtet. Die Mineralchemie der CIR Peridotite und publizierte Daten von anderen abyssalen Peridotiten zeigen, dass die schweren SEE sehr gut (r2 ~ 0.9) mit Cr# der koexistierenden Spinelle korreliert. Die Auswertung dieser Korrelation ergibt einen quantitativen Aufschmelz-indikator für Residuen, welcher auf dem Spinellchemismus basiert. Damit kann der Schmelzgrad als Funktion von Cr# in Spinell ausgedrückt werden: F = 0.10×ln(Cr#) + 0.24 (Hellebrand et al., Nature, in review; Kapitel 2). Die Anwendung dieses Indikators auf Mantelproben, für die keine Ionensondendaten verfügbar sind, ermöglicht es, geochemische und geophysikalischen Daten zu verbinden. Aus geodynamischer Perspektive ist der Gakkel Rücken im Arktischen Ozean von großer Bedeutung für das Verständnis von Aufschmelzprozessen, da er weltweit die niedrigste Divergenzrate aufweist und große Transformstörungen fehlen. Publizierte Basaltdaten deuten auf einen extrem niedrigen Aufschmelzgrad hin, was mit globalen Korrelationen im Einklang steht. Stark alterierte Mantelperidotite einer Lokalität entlang des kaum beprobten Gakkel Rückens wurden deshalb auf Primärminerale untersucht. Nur in einer Probe sind oxidierte Spinellpseudomorphosen mit Spuren primärer Spinelle erhalten geblieben. Ihre Cr# ist signifikant höher als die einiger Peridotite von schneller divergierenden Rücken und ihr Schmelzgrad ist damit höher als aufgrund der Basaltzusammensetzungen vermutet. Der unter Anwendung des oben erwähnten Indikators ermittelte Schmelzgrad ermöglicht die Berechnung der Krustenmächtigkeit am Gakkel Rücken. Diese ist wesentlich größer als die aus Schweredaten ermittelte Mächtigkeit, oder die aus der globalen Korrelation zwischen Divergenzrate und mittels Seismik erhaltene Krustendicke. Dieses unerwartete Ergebnis kann möglicherweise auf kompositionelle Heterogenitäten bei niedrigen Schmelzgraden, oder auf eine insgesamt größere Verarmung des Mantels unter dem Gakkel Rücken zurückgeführt werden (Hellebrand et al., Chem.Geol., in review; Kapitel 3).Zusätzliche Informationen zur Modellierung und Analytik sind im Anhang A-C aufgeführt

Stable Isotope and Trace Element Studies on Gladiators and Contemporary Romans from Ephesus (Turkey, 2nd and 3rd Ct. AD) - Implications for Differences in Diet

The gladiator cemetery discovered in Ephesus (Turkey) in 1993 dates to the 2nd and 3rd century AD. The aim of this study is to reconstruct diverse diet, social stratification, and migration of the inhabitants of Roman Ephesus and the distinct group of gladiators. Stable carbon, nitrogen, and sulphur isotope analysis were applied, and inorganic bone elements (strontium, calcium) were determined. In total, 53 individuals, including 22 gladiators, were analysed. All individuals consumed C3 plants like wheat and barley as staple food. A few individuals show indication of consumption of C4 plants. The δ13C values of one female from the gladiator cemetery and one gladiator differ from all other individuals. Their δ34S values indicate that they probably migrated from another geographical region or consumed different foods. The δ15N values are relatively low in comparison to other sites from Roman times. A probable cause for the depletion of 15N in Ephesus could be the frequent consumption of legumes. The Sr/Ca-ratios of the gladiators were significantly higher than the values of the contemporary Roman inhabitants. Since the Sr/Ca-ratio reflects the main Ca-supplier in the diet, the elevated values of the gladiators might suggest a frequent use of a plant ash beverage, as mentioned in ancient texts.

Fluid-related inclusions in Alpine high-pressure peridotite reveal trace element recycling during subduction-zone dehydration of serpentinized mantle (Cima di Gagnone, Swiss Alps).

Serpentinites release at sub-arc depths volatiles and several fluid-mobile trace elements found in arc magmas. Constraining element uptake in these rocks and defining the trace element composition of fluids released upon serpentinite dehydration can improve our understanding of mass transfer across subduction zones and to volcanic arcs. The eclogite-facies garnet metaperidotite and chlorite harzburgite bodies embedded in paragneiss of the subduction melange from Cima di Gagnone derive from serpentinized peridotite protoliths and are unique examples of ultramafic rocks that experienced subduction metasomatism and devolatilization. In these rocks, metamorphic olivine and garnet trap polyphase inclusions representing the fluid released during high-pressure breakdown of antigorite and chlorite. Combining major element mapping and laser-ablation ICP-MS bulk inclusion analysis, we characterize the mineral content of polyphase inclusions and quantify the fluid composition. Silicates, Cl-bearing phases, sulphides, carbonates, and oxides document post-entrapment mineral growth in the inclusions starting immediately after fluid entrapment. Compositional data reveal the presence of two different fluid types. The first (type A) records a fluid prominently enriched in fluid-mobile elements, with Cl, Cs, Pb, As, Sb concentrations up to 10(3) PM (primitive mantle), similar to 10(2) PM Tit Ba, while Rb, B, Sr, Li, U concentrations are of the order of 10(1) PM, and alkalis are similar to 2 PM. The second fluid (type B) has considerably lower fluid-mobile element enrichments, but its enrichment patterns are comparable to type A fluid. Our data reveal multistage fluid uptake in these peridotite bodies, including selective element enrichment during seafloor alteration, followed by fluid-rock interaction along with subduction metamorphism in the plate interface melange. Here, infiltration of sediment-equilibrated fluid produced significant enrichment of the serpentinites in As, Sb, B, Pb, an enriched trace element pattern that was then transferred to the fluid released at greater depth upon serpentine dehydration (type A fluid). The type B fluid hosted by garnet may record the composition of the chlorite breakdown fluid released at even greater depth. The Gagnone study-case demonstrates that serpentinized peridotites acquire water and fluid-mobile elements during ocean floor hydration and through exchange with sediment-equilibrated fluids in the early subduction stages. Subsequent antigorite devolatilization at subarc depths delivers aqueous fluids to the mantle wedge that can be prominently enriched in sediment-derived components, potentially triggering arc magmatism without the need of concomitant dehydration/melting of metasediments or altered oceanic crust.

Major and trace element analyses of ODP Leg 120 volcanic rocks (Table 1)

Widespread Lower Cretaceous magmatism occurred along the Indian-Australian/Antarctic margins, and in the juvenile Indian Ocean, during the rifting of eastern Gondwana. The formation of this magmatic province probably began around 120-130 Ma with the eruption of basalts on the Naturaliste Plateau and at Bunbury, western Australia. On the northeast margin of India, activity began around 117 Ma with the Rajmahal continental basalts and associated lamprophyre intrusions. The formation of the Kerguelen Plateau in the Indian Ocean began no later than 114 Ma. Ultramafic lamprophyres (alnoites) were emplaced in the Prince Charles Mountains near the Antarctic continental margin at ~ 110 Ma. These events are considered to be related to a major mantle plume, the remnant of which is situated beneath the region of Kerguelen and Heard islands at the present day. Geochemical data are presented for each of these volcanic suites and are indicative of complex interactions between asthenosphere-derived magmas and the continental lithosphere. Kerguelen Plateau basalts have Sr and Nd isotopic compositions lying outside the field for Indian Ocean mid-ocean ridge basalts (MORB) but, with the exception of Site 738 at the southern end of the plateau, within the range of more recent hotspot basalts from Kerguelen and Heard Islands. However, a number of the plateau tholeiites are characterized by lower 206Pb/204Pb ratios than are basalts from Kerguelen Island, and many also have anomalously high La/Nb ratios. These features suggest that the source of the Kerguelen Plateau basalts suffered contamination by components derived from the Gondwana continental lithosphere. An extreme expression of this lithospheric signature is shown by a tholeiite from Site 738, suggesting that the southernmost part of the Kerguelen Plateau may be underlain by continental crust. The Rajmahal tholeiites mostly fall into two distinct geochemical groups. Some Group I tholeiites have Sr and Nd isotopic compositions and incompatible element abundances, similar to Kerguelen Plateau tholeiites from Sites 749 and 750, indicating that the Kerguelen-Heard mantle plume may have directly furnished Rajmahal volcanism. However, their elevated 207Pb/204Pb ratios indicate that these magmas did not totally escape contamination by continental lithosphere. In contrast to the Group I tholeiites, significant contamination is suggested for Group II Rajmahal tholeiites, on the basis of incompatible element abundances and isotopic compositions. The Naturaliste Plateau and the Bunbury Basalt samples show varying degrees of enrichment in incompatible elements over normal MORB. The Naturaliste Plateau samples (and Bunbury Basalt) have high La/Nb ratios, a feature not inconsistent with the notion that the plateau may consist of stretched continental lithosphere, near the ocean-continent divide.