Recurring extensional and strike-slip tectonics after the Neoproterozoic collisional events in the southern Mantiqueira province

In Eastern South America, a series of fault-bounded sedimentary basins that crop out from Southern Uruguay to Southeastern Brazil were formed after the main collisional deformation of the Brasiliano Orogeny and record the tectonic events that affected the region from the Middle Ediacaran onwards. We address the problem of discerning the basin-forming tectonics from the later deformational events through paleostress analysis of more than 600 fault-slip data, mainly from the Camaquã Basin (Southern Brazil), sorted by stratigraphic level and cross-cutting relationships of superposed striations, and integrated with available stratigraphic and geochronological data. Our results show that the Camaquã Basin was formed by at least two distinct extensional events, and that rapid paleostress changes took place in the region a few tens of million years after the major collision (c.a. 630 Ma), probably due to the interplay between local active extensional tectonics and the distal effects of the continued amalgamation of plates and terranes at the margins of the still-forming Gondwana Plate. Preliminary paleostress data from the Castro Basin and published data from the Itajaí Basin suggest that these events had a regional nature.

Neoproterozoic evolution of the basement of the South-American platform

Neoproterozoic geologic and geotectonic processes were of utmost importance in forming and structuring the basement framework of the South-American platform. Two large domains with distinct evolutionary histories are identified with respect to the Neoproterozoic era: the northwest-west (Amazonian craton and surroundings) and the central-southeast (the extra-Amazonian domain). In the first domain, Neoproterozoic events occurred only locally and were of secondary significance, and the geologic events, processes, and structures of the pre-Neoproterozoic (and syn-Brasiliano) cratonic block were much more influential. In the second, the extra-Amazonian domain, the final evolution, structures and forms are assigned to events related to the development of a complex net of Neoproterozoic mobile belts. These in turn resulted in strong reworking of the older pre-Neoproterozoic basement. In this domain, four distinct structural provinces circumscribe or are separated by relatively small pre- Neoproterozoic cratonic nuclei, namely the Pampean, Tocantins, Borborema and Mantiqueira provinces. These extra-Amazonian provinces were formed by a complex framework of orogenic branching systems following a diversified post-Mesoproterozoic paleogeographic scenario. This scenario included many types of basement inliers as well as a diversified organization of accretionary and collisional orogens. The basement inliers date from the Archean toMesoproterozoic periods and are different in nature. The escape tectonics that operated during the final consolidation stages of the provinces were important to and responsible for the final forms currently observed. These latest events, which occurred from the Late Ediacaran to the Early Ordovician, present serious obstacles to paleogeographic reconstructions. Two groups of orogenic collage systems are identified. The older system from the Tonian (>850 Ma) period is of restricted occurrence and is not fully understood due to strong reworking subsequent to Tonian times. The second group of orogenies is more extensive and more important. Its development began with diachronic taphrogenic processes in the Early Cryogenian period (ca. 850e750 Ma) and preceded a complex scenario of continental, transitional and oceanic basins. Subsequent orogenies (post 800 Ma) were also created by diachronic processes that ended in the Early Ordovician. More than one orogeny (plate interaction) can be identified either in space or in time in every province. The orogenic processes were not necessarily synchronous in different parts of the orogenic system, even within the same province. This particular group of orogenic collage events is known as the “Brasiliano”. All of the structural provinces of the extra-Amazonian domain exhibit final events that are marked by extrusion processes, are represented by long lineaments, and are fundamental to unraveling the structural history of the Phanerozoic sedimentary basins.

Implicações sobre a natureza das fontes mantélicas envolvidas na gênese da Província Magmática do Paraná

Neste estudo, buscou-se compreender os processos e materiais que contribuíram às fontes mantélicas envolvidas na gênese da Província Magmática do Paraná (PMP). O papel que a crosta, a litosfera e o manto terrestre (raso ou profundo) desempenham na geração de assinaturas químicas e isotópicas em basaltos de derrames continentais e oceânicos tem sido um tema intensamente pesquisado e muito debatido na literatura internacional (e.g., Sheth, 2005). Embora muitos estudos já tenham sido conduzidos na PMP, existe ainda uma grande controvérsia com relação à natureza das regiões-fonte dos magmas (manto litosférico continental ou manto sublitosférico), como também acerca dos mecanismos geodinâmicos que provocam o início da fusão dessas regiões-fonte (e.g., Bellieni et al., 1984; Hawkesworth et al., 1992). Nesse contexto, uma grande quantidade de análises de elementos traço (litófilos e siderófilos), como também dados isotópicos de quatro sistemas de decaimento radioativo (Rb-Sr, Sm-Nd, U-Th-Pb e Re-Os), foram obtidos em basaltos que ocorrem no norte e sul da PMP. A regionalização geoquímica e isotópica (Sr-Nd-Pb) observada nas rochas basálticas da PMP tem sido frequentemente interpretada como resultante da fusão de manto litosférico subcontinental heterogêneo. Entretanto, dados geoquímicos de elementos altamente siderófilos e de razões isotópicas 187Os/188Os, obtidos neste estudo, indicam uma fonte mantélica homogênea, já que os basaltos baixo-TiO2 e alto- TiO2 possuem razões isotópicas de ósmio muito similares (187Os/188Osi = 0,1295±0,0018), as quais são distintas daquelas de manto litosférico subcontinental antigo (Proterozoico ou Arqueano; 187Os/188Os = 0,113). Os dados isotópicos Re-Os exibem uma tendência linear (187Re/188Os versus 187Os/188Os), definindo uma isócrona de boa qualidade (idade = 131,6 ± 2,3 Ma), consistente com as idades obtidas em trabalhos anteriores utilizando o método 40Ar/39Ar. Comumente, a PMP tem sido geneticamente ligada ao hotspot Tristão da Cunha via Rio Grande Rise e Walvis Ridge. No entanto, as razões isotópicas de ósmio determinadas nas rochas da Ilha de Tristão da Cunha são muito distintas daquelas dos basaltos da PMP, reforçando que essa pluma não deve ter contribuído com matéria na gênese dessas rochas. Desta forma, para explicar todas as características isotópicas dos basaltos da PMP é necessário o envolvimento de três componentes mantélicos (Marques et al., 1999). Um deles, empobrecido e semelhante ao DMM, estaria presente na fonte dos basaltos alto-TiO2 e baixo-TiO2, dominando as composições isotópicas de ósmio. Os outros dois componentes enriquecidos (EM-I e EM-II) seriam responsáveis pelas variações nas composições isotópicas de Sr-Nd-Pb. Na gênese dos basaltos alto-TiO2 provavelmente ocorreu envolvimento de crosta continental inferior delaminada (EM-I), enquanto nas rochas baixo-TiO2 há indicação de participação de crosta continental superior reciclada (EM-II). O componente empobrecido possui composição semelhante à de peridotitos de arco, sendo que essa assinatura isotópica pode ter sido gerada por processos metassomáticos relacionados a processos de subducção neoproterozóicas, que teriam modificado o manto astenosférico (DMM). No processo de aglutinação do Gondwana esse manto astenosférico metassomatizado pode ter sido incorporado à base da litosfera, sofrendo posterior refusão, por ocasião da atividade ígnea da PMP.

The phylogeography of trypanosomes from South American alligatorids and African crocodilids is consistent with the geological history of South American river basins and the transoceanic dispersal of Crocodylus at the Miocene

Abstract Background Little is known about the diversity, phylogenetic relationships, and biogeography of trypanosomes infecting non-mammalian hosts. In this study, we investigated the influence of host species and biogeography on shaping the genetic diversity, phylogenetic relationship, and distribution of trypanosomes from South American alligatorids and African crocodilids. Methods Small Subunit rRNA (SSU rRNA) and glycosomal Glyceraldehyde Phosphate Dehydrogenase (gGAPDH) genes were employed for phylogenetic inferences. Trypanosomes from crocodilians were obtained by haemoculturing. Growth behaviour, morphology, and ultrastructural features complement the molecular description of two new species strongly supported by phylogenetic analyses. Results The inferred phylogenies disclosed a strongly supported crocodilian-restricted clade comprising three subclades. The subclade T. grayi comprised the African Trypanosoma grayi from Crocodylus niloticus and tsetse flies. The subclade T. ralphi comprised alligatorid trypanosomes represented by Trypanosoma ralphi n. sp. from Melanosuchus niger, Caiman crocodilus and Caiman yacare from Brazilian river basins. T. grayi and T. ralphi were sister subclades. The basal subclade T. terena comprised alligatorid trypanosomes represented by Trypanosoma terena n. sp. from Ca. yacare sharing hosts and basins with the distantly genetic related T. ralphi. This subclade also included the trypanosome from Ca. crocodilus from the Orinoco basin in Venezuela and, unexpectedly, a trypanosome from the African crocodilian Osteolaemus tetraspis. Conclusion The close relationship between South American and African trypanosomes is consistent with paleontological evidence of recent transoceanic dispersal of Crocodylus at the Miocene/Pliocene boundaries (4–5 mya), and host-switching of trypanosomes throughout the geological configuration of South American hydrographical basins shaping the evolutionary histories of the crocodilians and their trypanosomes.

The phylogeography of trypanosomes from South American alligatorids and African crocodilids is consistent with the geological history of South American river basins and the transoceanic dispersal of Crocodylus at the Miocene

Background: Little is known about the diversity, phylogenetic relationships, and biogeography of trypanosomes infecting non-mammalian hosts. In this study, we investigated the influence of host species and biogeography on shaping the genetic diversity, phylogenetic relationship, and distribution of trypanosomes from South American alligatorids and African crocodilids. Methods: Small Subunit rRNA (SSU rRNA) and glycosomal Glyceraldehyde Phosphate Dehydrogenase (gGAPDH) genes were employed for phylogenetic inferences. Trypanosomes from crocodilians were obtained by haemoculturing. Growth behaviour, morphology, and ultrastructural features complement the molecular description of two new species strongly supported by phylogenetic analyses. Results: The inferred phylogenies disclosed a strongly supported crocodilian-restricted clade comprising three subclades. The subclade T. grayi comprised the African Trypanosoma grayi from Crocodylus niloticus and tsetse flies. The subclade T. ralphi comprised alligatorid trypanosomes represented by Trypanosoma ralphi n. sp. From Melanosuchus niger, Caiman crocodilus and Caiman yacare from Brazilian river basins. T. grayi and T. ralphi were sister subclades. The basal subclade T. terena comprised alligatorid trypanosomes represented by Trypanosoma terena n. sp. from Ca. yacare sharing hosts and basins with the distantly genetic related T. ralphi. This subclade also included the trypanosome from Ca. crocodilus from the Orinoco basin in Venezuela and, unexpectedly, a trypanosome from the African crocodilian Osteolaemus tetraspis. Conclusion: The close relationship between South American and African trypanosomes is consistent with paleontological evidence of recent transoceanic dispersal of Crocodylus at the Miocene/Pliocene boundaries (4–5 mya), and host-switching of trypanosomes throughout the geological configuration of South American hydrographical basins shaping the evolutionary histories of the crocodilians and their trypanosomes.

Climatic and stratigraphic paleoindicators from the Canary Island

[EN] The last 5 Myr  are characterized by cliamatic variations globally and are reflected in ancient fossiliferous marine deposits visible in the Canary Islands. The fossils contained are identificated as paleoecological and paleoclimatic indicators. The Mio-Pliocene Transit is represented by the coral Siderastrea micoenica Osasco, 1897; the gastropods Rothpletzia rudista Simonelli, 1890; Ancilla glandiformis (Lamarck, 1822); Strombus coronatus Defrance, 1827 and Nerita emiliana Mayer, 1872 and the bivalve Gryphaea virleti Deshayes, 1832 as most characteristic fossils  and typical of a very warm climate and littoral zone. Associated  lava flows  have been dated radiometrically  and provides a range between  8.9 and about 4.2 Kyr. In the mid-Pleistocene, about 400,000 years ago, the called Marine Isotope Stage 11, a strong global warming that caused a sea level rise happens. Remains of the MIS 11  are preserved on the coast of Arucas (Gran Canaria), and associated with a tsunami in Piedra Alta (Lanzarote). These fossilifeorus  deposits contains the bivalve Saccostrea cucullata (Born, 1780), the gastropod Purpurellus gambiensis (Reeve, 1845) and the corals Madracis pharensis (Heller, 1868) and Dendrophyllia cornigera (Lamarck, 1816). Both sites have been dated by K-Ar on pillow lavas (approximately 420,000 years) and by Uranium Series on corals (about 481,000 years) respectively. The upper Pleistocene starts with another strong global warming known as the last interglacial or marine isotope  stage (MIS) 5.5, about 125,000 years ago, which also left marine  fossil deposits exposed in parallel to current in Igueste of San Andrés (Tenerife),  El Altillo, the  city of Las Palmas de Gran Canaria  and Maspalomas (Gran Canaria),  Matas Blancas, the Playitas and Morrojable (Fuerteventura ) and in Playa Blanca and Punta Penedo (Lanzarote ). The fossil coral Siderastrea radians (Pallas , 1766 ) currently living in the Cape Verde Islands , the Gulf of Guinea and the Caribbean has allowed Uranium series dating. The gastropods Strombus bubonius Lamarck, 1822 and Harpa doris (Röding , 1798 ) currently living in the Gulf of Guinea. Current biogeography using synoptic data obtained through satellites provided by the ISS Canary Seas provides data of Ocean Surface Temperature (SST) and Chlorophyll a (Chlor a) . This has allowed the estimation of these sea conditions during interglacials compared to today .

Viruses in the marine environment: community dynamics, phage-host interactions and genomic structure

[EN] There are an estimated 1030 viruses in the world oceans, the majority of which are phages (viruses that infect bacteria). Extensive research has demonstrated the significant influence of marine phages on microbial abundance, community structure, genetic exchange and global biogeochemical cycles. In this thesis, we contribute to increase the knowledge about the ecological role of viruses in marine systems, but also we aimed to provide a better understanding about the interactions between phages and their hosts and the genetic pool and biogeography of some the isolated phages genomes.

Genesis of metasomatic sapphirine-corundum-spinel-bearing granulites in Sri Lanka

The goal of the present study is to understand the mechanism of mass transfer, the composition and the role of fluids during crustal metasomatism in high-temperature metamorphic terranes. A well constrained case study, a locality at Rupaha, Sri Lanka was selected. It is located in the Highland Complex of Sri Lanka, which represents a small, but important fragment of the super-continent Gondwana. Excellent exposures of ultramafic rocks, which are embedded in granulites, were found at 10 localities. These provide a unique background for understanding the metasomatic processes. The boundary between the ultramafic and the granulite rocks are lined with metasomatic reaction zones up to 50cm in width. Progressing from the ultramafics to the granulite host rock, three distinct zones with the following mineral assemblages can be distinguished: (1). phlogopite + spinel + sapphirine, (2). spinel + sapphirine and (3). corundum + biotite + plagioclase. In order to assess the P-T-t path, the peak metamorphism and the exhumation history were constrained using different thermobarometers, as well as a diffusion model of garnet zoning. A maximum temperature of 875 ± 20oC (Opx-Cpx thermometer) and at the peak pressure of 9.0 ± 0.1 kbar (Grt-Cpx-Pl-Qtz) was calculated for the silicic granulite. The ultramafic rocks recorded a peak temperature of 840 ± 70oC (Opx-Cpx thermometer) at 9 kbar. Coexisting spinel and sapphirine from the reaction zone yield a temperature of 820 ± 40oC. This is in agreement with the peak-temperatures recorded in the adjacent granulites and ultramafics rocks. The structural concordance of the ultramafic rocks with the siliceous granulite host rock further support the suggestion, that all units have experienced the same peak metamorphism. Diffusion modeling of retrograde zoning in garnets from mafic granulites suggests a three-step cooling history. A maximum cooling rate of 1oC/Ma is estimated during the initial stage of cooling, followed by a cooling rate of ~30oC/Ma. The outermost rims of garnet indicate a slightly slower cooling rate at about 10-15oC/Ma. The sequences of mineral zones, containing a variety of Al-rich, silica undersaturated minerals in the reaction zones separating the ultramafic rocks from the silica-rich rocks can be explained by a diffusion model. This involves the diffusion of Mg from ultramafic rocks across the layers, and K and Si diffuse in opposite direction. Chemical potential of Mg and Si generated continuous monotonic gradient, allowing steady state diffusional transport across the profile. The strong enrichment in Al, and the considerable loss of Si, during the formation of reaction bands can be inferred from isocon diagrams. Some Al was probably added to the reaction zones, while Si was lost. This is most likely due to fluids percolating parallel to the zones at the boundary of the rock units. This study has shown that not only pressure and temperature conditions but most importantly PH2O and the concentration of the chlorine and fluorine in aqueous fluids also control the mass transport in different geological environments.

Aufstieg und Fall eines Gebirges - Konvektionsmodelle zur variscischen Orogenese

Zusammenfassung der Dissertation von Gerd Jochen ArnoldThema: Aufstieg und Fall eines Gebirges - Konvektionsmodelle zur variscischen Orogenese Diese Arbeit befaßt sich mit der Entwicklung der variscischen Gebirgswurzel. Numerische Modellierung wurden mit dem Finite-Differenzen-Programm FDCON durchgeführt. Dieses berechnet auf einem Gitter die Entwicklung von Konvektion unter Berücksichtigung von Massen-, Impuls- und Energieerhaltung. Der Modellansatz eignet sich für die Untersuchung der Orogenese unter Miteinbeziehung der thermo-mechanischen Wechselwirkung von Kruste und Mantel. Kapitel 1 beschreibt wesentliche Aspekte der variscischen Gebirgsbildung. Die tektonostratigraphische Gliederung erlaubt Rückschlüsse auf das plattentektonische Szenarium während der Gebirgsbildung. Die Kollision involvierte einige Terranes, die sukzessive an Laurasia angebaut wurden und die finale Konvergenz von Gondwana mit den konsolidierten Einheiten. Diese bewirkte den maximalen Aufbau der Varisciden, der durch Hochdruck-Gesteine dokumentiert ist. Diese wurden kurz nach maximaler Krustenverdickung innerhalb weniger Millionen Jahre in geringe Tiefen angehoben. Darauf folgte eine Aufheizung der Kruste, die durch Granite dokumentiert ist. Eine zentrale Frage der Variscidenforschung ist die Ursache für die erhöhten Temperaturen in der späten orogenen Phase. Geringe und gleichförmige Krustenmächtigkeiten unter den heutigen europäischen Varisciden legen die Vermutung nahe, daß sich Teile der Mantelwurzel des Gebirges abgelöst und abgesunken sind.Kapitel 2 beschreibt physikalische Aspekte von gebirgsbildenden Prozessen, insbesondere den thermischen Zustand kontinentaler Lithosphäre und die Folgen von Krustenkonvergenz. Der Einfluß von kompositioneller Schichtung und extrinsischen Parametern auf die Rheologie und das Wechselspiel zwischen auf- und abwärts gerichteten Kräften in verschiedenen orogenen Szenarien werden diskutiert.Kapitel 3 stellt die Modelle zur variscischen Gebirgsbildung vor. Ausgehend von Kontinent-Kontinent-Kollision werden Konsequenzen von rheologischer Schichtung und tiefreichenden Schwächezonen auf das Deformationsverhalten der Kruste untersucht. Außerdem wird ein Modell zum Abriß von Mantellithosphäre während Kollision vorgestellt. Abschließend werden die thermischen Konsequenzen von Subduktion junger ozeanischer Lithosphäre diskutiert.Kapitel 4 versucht eine Synthese der Kollisionsmodelle mit Modellen zur spätorogenen variscischen Entwicklung. Die mechanischen Eigenschaften der Delaminationsmodelle sollten während der Aufbauphase des Orogens angelegt worden sein. Außerdem wird eine Fallstudie vorgestellt, bei der die Modellparameter auf die Entwicklungsgeschichte erzgebirgischer Einheiten angepaßt worden sind. Schließlich werden Modelle zur thermischen Entwicklung nach Aufstieg von Asthenosphäre an die Krustenwurzel diskutiert. Die vulkanische Aktivität während der spätorogenen variscischen Phase kann plausibel erklärt werden.Kapitel 5 faßt die Ergebnisse zusammen und interpretiert diese bezüglich des plattentektonischen Szenariums der variscischen Orogenese. Durch die sukzessive Anlegung der Suturzonen während der Konsolidierung der Terranes sind die für Delamination nötigen Schwächezonen sukzessive ins variscische Orogen eingebaut worden.

Isotope geochemical and geochronologic studies of basement units in the Central Western Carpathians (Slovakia)

In dieser Arbeit werden geochronologische und isotopen-geochemische Daten zur Entwicklung der Zentralen Westlichen Karpathen präsentiert. Die Karpathen bilden die östliche Fortsetzung der Alpen und können in drei Alpine Grundgebirgsdecken unterteilt werden, von denen zwei, die Veporische und die Gemerische, bearbeitet wurden. In der Veporischen Einheit wurden polymetamorphe Grundgebirgseinheiten untersucht, um deren genaue Altersstellung zu definieren und sie isotopengeochemisch zu klassifizieren. Dagegen wurde in der der Gemerischen Einheit, welche die Veporische Einheit überlagert, ein spezialisierter S-Typ Granit im Detail untersucht, um die petrogenetischen Prozesse, die zur magmatischen Entwicklung dieses Granits geführt haben, zu identifizieren. U-Pb Datierungen an Zirkonen der Veporischen Grundgebirgseinheiten zeigen für die gesamte Veporische Einheit ordovizische Entsehungsalter an (440-470 Ma). Diese Datierungen revidieren publizierte kambrische Entstehungsalter dieses Grundgebirges. Die Isotopensignatur (epsilon Nd und 87Sr/86Sr) der ordovizischen Grundgebirgseinheiten, bestehend aus stark überprägten Amphiboliten und Gneissen, ist von der Signatur der sich im Norden anschliessenden Tatrischen Einheit gut unterscheidbar. Die Bleiisotopenzusammensetzung dieser Gesteine ist stark krustal geprägt und überschneidet sich mit der der Tatrischen Einheit. Zusammen mit den T-DM Altern sind diese Einheiten vergleichbar mit prävariskischen Einheiten der Alpen. Somit kann das ordovizische Grundgebirge zu den peri-Gondwana Terranen gezählt werden, die an einem aktiven Kontinentalrand im Norden von Gondwana gebildet wurden. In den Gesteinen der Veporischen Einheit wurde im Weiteren eine starke metamorphe überprägung und intensiver felsischer Magmatismus karbonischen Alters erkannt (320-350 Ma). Dieses Ereignis ist zeitgleich mit dem Magmatismus, welcher hauptsächlich in der sich im Norden anschliessenden Tatrischen Einheit beobachtet wird. Dieser gehört der variskischen Orogenese an. Intensive alpine Deformation und Metamorphose konnte in der südlichen Veporischen Einheit anhand der Einzelzirkondatierungen und der Isotopendaten der ordovizischen Einheiten nachgewiesen werden. Am Dlha Dolina Granit in der Gemerischen Einheit können starke Fraktionierungs- und Auto-Metasomatose-Effekte beobachtet werden. Durch die magmatische Fraktionierung wird eine Anreicherung der SEE erzeugt, wogegen die Metasomatose die SEE stark verarmt. Es kommt sogar zur Ausbildung eines Tetraden Effektes im SEE Muster, welche den starken Einfluss von Fluiden während der spät-magmatischen Phase belegt. Gesamtgesteins Pb-Pb Daten beschränken das minimale Intrusionsalter dieses Granites auf 240 Ma. Dieses Alter ist in guter übereinstimmung mit den Sr-Isotopendaten der magmatisch dominierten Gesteine, wohingegen die stark metasomatisch geprägten Gesteine ein zu radiogenes 87Sr/86Sri aufweisen. Während dieser Arbeit wurde intensiv mit der Blei-Isotopenzusammensetzung von Gesamtgesteinsproben gearbeitet. Um die Auswertung dieser Daten optimieren zu können wurde ein Computerscript für das GPL Programm Octave erstellt. Die Hauptaufgabe dieses Scripts besteht darin, Regressionen für geochronologische Anwendungen gemäss York (1969) zu berechnen. Ausserdem können mu und kappa-Werte für diese Regressionen berechnet und eine Hauptkomponentenanalyse, welche hilfreich für den Vergleich von zwei Datensätzen ist, durchgeführt werden. Am Ende der vorliegenden Arbeit wird die analytische Methode für einen Mikrowellen beschleunigten Säureaufschluss von granitoidem Material zur Bestimmung der Sr- und Nd-Isotopenzusammensetzung und der Elementkonzentrationen vorgestellt. Diese kombinierte Methode nutzt ein TIMS für die Sr und Nd Isotopenmessungen und eine Einzelkollektor-ICPMS zur Bestimmung der SEE, Rb und Sr Konzentrationen, welche mithilfe von relativen Sensitivitätsfaktoren gegenüber einem internen Standard quantifiziert werden. Diese Methode wird durch Messungen von internationalen Referenzmaterialien bewertet. Die Ergebnisse zeigen eine Reproduzierbarkeit von <10% für die Elementkonzentrationen und von <5% für Elementverhältnisse.

Geochronological and structural evolution of the western and central Kaoko Belt in NW Namibia

This thesis focusses on the tectonic evolution and geochronology of part of the Kaoko orogen, which is part of a network of Pan-African orogenic belts in NW Namibia. By combining geochemical, isotopic and structural analysis, the aim was to gain more information about how and when the Kaoko Belt formed. The first chapter gives a general overview of the studied area and the second one describes the basis of the Electron Probe Microanalysis dating method. The reworking of Palaeo- to Mesoproterozoic basement during the Pan-African orogeny as part of the assembly of West Gondwana is discussed in Chapter 3. In the study area, high-grade rocks occupy a large area, and the belt is marked by several large-scale structural discontinuities. The two major discontinuities, the Sesfontein Thrust (ST) and the Puros Shear Zone (PSZ), subdivide the orogen into three tectonic units: the Eastern Kaoko Zone (EKZ), the Central Kaoko Zone (CKZ) and the Western Kaoko Zone (WKZ). An important lineament, the Village Mylonite Zone (VMZ), has been identified in the WKZ. Since plutonic rocks play an important role in understanding the evolution of a mountain belt, zircons from granitoid gneisses were dated by conventional U-Pb, SHRIMP and Pb-Pb techniques to identify different age provinces. Four different age provinces were recognized within the Central and Western part of the belt, which occur in different structural positions. The VMZ seems to mark the limit between Pan-African granitic rocks east of the lineament and Palaeo- to Mesoproterozoic basement to the west. In Chapter 4 the tectonic processes are discussed that led to the Neoproterozoic architecture of the orogen. The data suggest that the Kaoko Belt experienced three main phases of deformation, D1-D3, during the Pan-African orogeny. Early structures in the central part of the study area indicate that the initial stage of collision was governed by underthrusting of the medium-grade Central Kaoko zone below the high-grade Western Kaoko zone, resulting in the development of an inverted metamorphic gradient. The early structures were overprinted by a second phase D2, which was associated with the development of the PSZ and extensive partial melting and intrusion of ~550 Ma granitic bodies in the high-grade WKZ. Transcurrent deformation continued during cooling of the entire belt, giving rise to the localized low-temperature VMZ that separates a segment of elevated Mesoproterozoic basement from the rest of the Western zone in which only Pan-African ages have so far been observed. The data suggest that the boundary between the Western and Central Kaoko zones represents a modified thrust zone, controlling the tectonic evolution of the Kaoko belt. The geodynamic evolution and the processes that generated this belt system are discussed in Chapter 5. Nd mean crustal residence ages of granitoid rocks permit subdivision of the belt into four provinces. Province I is characterised by mean crustal residence ages <1.7 Ga and is restricted to the Neoproterozoic granitoids. A wide range of initial Sr isotopic values (87Sr/86Sri = 0.7075 to 0.7225) suggests heterogeneous sources for these granitoids. The second province consists of Mesoproterozoic (1516-1448 Ma) and late Palaeo-proterozoic (1776-1701 Ma) rocks and is probably related to the Eburnian cycle with Nd model ages of 1.8-2.2 Ga. The eNd i values of these granitoids are around zero and suggest a predominantly juvenile source. Late Archaean and middle Palaeoproterozoic rocks with model ages of 2.5 to 2.8 Ga make up Province III in the central part of the belt and are distinct from two early Proterozoic samples taken near the PSZ which show even older TDM ages of ~3.3 Ga (Province IV). There is no clear geological evidence for the involvement of oceanic lithosphere in the formation of the Kaoko-Dom Feliciano orogen. Chapter 6 presents the results of isotopic analyses of garnet porphyroblasts from high-grade meta-igneous and metasedimentary rocks of the sillimanite-K-feldspar zone. Minimum P-T conditions for peak metamorphism were calculated at 731±10 °C at 6.7±1.2 kbar, substantially lower than those previously reported. A Sm-Nd garnet-whole rock errorchron obtained on a single meta-igneous rock yielded an unexpectedly old age of 692±13 Ma, which is interpreted as an inherited metamorphic age reflecting an early Pan-African granulite-facies event. The dated garnets survived a younger high-grade metamorphism that occurred between ca. 570 and 520 Ma and apparently maintained their old Sm-Nd isotopic systematics, implying that the closure temperature for garnet in this sample was higher than 730 °C. The metamorphic peak of the younger event was dated by electronmicroprobe on monazite at 567±5 Ma. From a regional viewpoint, it is possible that these granulites of igneous origin may be unrelated to the early Pan-African metamorphic evolution of the Kaoko Belt and may represent a previously unrecognised exotic terrane.

The pre-alpine evolution of the basement of the Pelagonian Zone and the Vardar Zone, Greece

The Pelagonian Zone and the Vardar Zone in Greece represent the western part of the Hellenide hinterland (Internal Hellenides). While the Pelagonian Zone comprises predominantly crystalline basement and sedimentary cover rocks, the Vardar Zone has long been regarded as an ophiolite-decorated suture zone separating the Pelagonian Zone from the Serbo-Macedonian Massif to the east. Felsic basement rocks from both areas, with the main focus put on the Pelagonian Zone, were dated in order to identify the major crust-forming episodes and to improve the understanding of the evolutionary history of the region. The interpretation of the single-zircon geochronology results was aided by geochemical investigations. The majority of the basement rocks from the Pelagonian Zone yielded Permo-Carboniferous intrusion ages around 300 Ma, underlining the importance of this crust-forming event for the Internal Hellenides of Greece. Geochemically these basement rocks are classified as subduction-related granitoids, which formed in an active continental margin setting. An important result was the identification of a Precambrian crustal unit within the crystalline basement of the Pelagonian Zone. Orthogneisses from the NW Pelagonian Zone yielded Neoproterozoic ages of c. 700 Ma and are so far the oldest known rocks in Greece. These basement rocks, which are also similar to active margin granitoids, were interpreted as remnants of a terrane, the Florina Terrane, which can be correlated to a Pan-African or Cadomian arc. Since the gneisses contain inherited zircons of Middle to Late Proterozoic ages, the original location of the Florina Terrane was probably at the northwestern margin of Gondwana. In the Vardar Zone an important phase of Upper Jurassic felsic magmatism is documented by igneous formation ages ranging from 155 to 164 Ma. The chemical and isotopic composition of these rocks is also in accord with their formation in a volcanic-arc setting at an active continental margin. Older continental material incorporated in the Vardar Zone is documented by 319-Ma-old gneisses and by inherited zircons of mainly Middle Palaeozoic ages. The prevalence of subduction-related igneous rocks indicates that arc formation and accretion orogeny were the most important processes during the evolution of this part of the Internal Hellenides. The geochronological results demonstrate that most of the Pelagonian Zone and the Vardar Zone crystalline basement formed during distinct pre-Alpine episodes at c. 700, 300 and 160 Ma with a predominance of the Permo-Carboniferous magmatic phase.

Molecular phylogeography of the Woodland Ringlet (Erebia medusa [Denis and Schiffermüller] 1775) in Europe

Phylogeography is a recent field of biological research that links phylogenetics to biogeography through deciphering the imprint that evolutionary history has left on the genetic structure of extant populations. During the cold phases of the successive ice ages, which drastically shaped species’ distributions since the Pliocene, populations of numerous species were isolated in refugia where many of them evolved into different genetic lineages. My dissertation deals with the phylogeography of the Woodland Ringlet (Erebia medusa [Denis and Schiffermüller] 1775) in Central and Eastern Europe. This Palaearctic butterfly species is currently distributed from central France and south eastern Belgium over large parts of Central Europe and southern Siberia to the Pacific. It is absent from those parts of Europe with mediterranean, oceanic and boreal climates. It was supposed to be a Siberian faunal element with a rather homogeneous population structure in Central Europe due to its postglacial expansion out of a single eastern refugium. An already existing evolutionary scenario for the Woodland Ringlet in Central and Eastern Europe is based on nuclear data (allozymes). To know if this is corroborated by organelle evolutionary history, I sequenced two mitochondrial markers (part of the cytochrome oxydase subunit one and the control region) for populations sampled over the same area. Phylogeography largely relies on the construction of networks of uniparentally inherited haplotypes that are compared to geographic haplotype distribution thanks to recent developed methods such as nested clade phylogeographic analysis (NCPA). Several ring-shaped ambiguities (loops) emerged from both haplotype networks in E. medusa. They can be attributed to recombination and homoplasy. Such loops usually avert the straightforward extraction of the phylogeographic signal contained in a gene tree. I developed several new approaches to extract phylogeographic information in the presence of loops, considering either homoplasy or recombination. This allowed me to deduce a consistent evolutionary history for the species from the mitochondrial data and also adds plausibility for the occurrence of recombination in E. medusa mitochondria. Despite the fact that the control region is assumed to have a lack of resolving power in other species, I found a considerable genetic variation of this marker in E. medusa which makes it a useful tool for phylogeographic studies. In combination with the allozyme data, the mitochondrial genome supports the following phylogeographic scenario for E. medusa in Europe: (i) a first vicariance, due to the onset of the Würm glaciation, led to the formation of several major lineages, and is mirrored in the NCPA by restricted gene flow, (ii) later on further vicariances led to the formation of two sub-lineages in the Western lineage and two sub-lineages in the Eastern lineage during the Last Glacial Maximum or Older Dryas; additionally the NCPA supports a restriction of gene flow with isolation by distance, (iii) finally, vicariance resulted in two secondary sub-lineages in the area of Germany and, maybe, to two other secondary sub-lineages in the Czech Republic. The last postglacial warming was accompanied by strong range expansions in most of the genetic lineages. The scenario expected for a presumably Siberian faunal element such as E. medusa is a continuous loss of genetic diversity during postglacial westward expansion. Hence, the pattern found in this thesis contradicts a typical Siberian origin of E. medusa. In contrast, it corroboratess the importance of multiple extra-Mediterranean refugia for European fauna as it was recently assumed for other continental species.

Sedimentary rocks of the Internal Hellenides, Greece: age, source, and depositional setting

Ziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung der Liefergebiete und Ablagerungsräume sedimentärer Gesteine aus ausgewählten Gebieten der inneren Helleniden Griechenlands. Die untersuchten Sedimente Nordgriechenlands gehören zu den Pirgadikia und Vertiskos Einheiten des Serbo-Makedonische Massifs, zu den Examili, Melissochori und Prinochori Formationen der östlichen Vardar Zone und zur Makri Einheit und Melia Formation des östlichen Zirkum-Rhodope-Gürtels in Thrakien. In der östlichen Ägäis lag der Schwerpunkt bei den Sedimenten der Insel Chios. Der Metamorphosegrad der untersuchten Gesteine variiert von der untersten Grünschieferfazies bis hin zur Amphibolitfazies. Das stratigraphische Alter reicht vom Ordovizium bis zur Kreide. Zur Charakterisierung der Gesteine und ihrer Liefgebiete wurden Haupt- und Spurenelementgehalte der Gesamtgesteine bestimmt, mineralchemische Analysen durchgeführt und detritische Zirkone mit U–Pb datiert. An ausgewählten Proben wurden außerdem biostratigraphische Untersuchungen zur Bestimmung des Sedimentationsalters durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse dieser Arbeit sind von großer Bedeutung für paläogeographische Rekonstruktionen der Tethys. Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die ältesten Sedimente Nordgriechenlands gehören zur Pirgadikia Einheit des Serbo-Makedonischen Massifs. Es sind sehr reife, quarzreiche, siliziklastische Metasedimente, die auf Grund ihrer Maturität und ihrer detritischen Zirkone mit ordovizischen overlap-Sequenzen vom Nordrand Gondwanas korreliert werden können. Die Metasedimente der Vertiskos Einheit besitzen ein ähnliches stratigraphisches Alter, haben aber einen anderen Ablagerungsraum. Das Altersspektrum detritischer Zirkone lässt auf ein Liefergebiet im Raum NW Afrikas (Hun Superterrane) schließen. Die Gesteinsassoziation der Vertiskos Einheit wird als Teil einer aktiven Kontinentalrandabfolge gesehen. Die ältesten biostratigraphisch datierten Sedimente Griechenlands sind silurische bis karbonische Olistolithe aus einer spätpaläozoischen Turbidit-Olistostrom Einheit auf der Insel Chios. Die Alter detritischer Zirkone und die Liefergebietsanalyse der fossilführenden Olistolithe lassen den Schluss zu, dass die klastischen Sedimente von Chios Material vom Sakarya Mikrokontinent in der West-Türkei und faziellen Äquivalenten zu paläozoischen Gesteinen der Istanbul Zone in der Nord-Türkei und der Balkan Region erhalten haben. Während der Permotrias wurde die Examili Formation der östlichen Vardar Zone in einem intrakontinentalen, sedimentären Becken, nahe der Vertiskos Einheit abgelagert. Untergeordnet wurde auch karbonisches Grundgebirgsmaterial eingetragen. Im frühen bis mittleren Jura wurde die Melissochori Formation der östlichen Vardar Zone am Abhang eines karbonatführenden Kontinentalrandes abgelagert. Der Großteil des detritischen Materials kam von permokarbonischem Grundgebirge vulkanischen Ursprungs, vermutlich von der Pelagonischen Zone und/oder der unteren tektonischen Einheit des Rhodope Massifs. Die Makri Einheit in Thrakien besitzt vermutlich ein ähnliches Alter wie die Melissochori Formation. Beide sedimentären Abfolgen ähneln sich sehr. Der Großteil des detritischen Materials für die Makri Einheit kam vom Grundgebirge der Pelagonischen Zone oder äquivalenten Gesteinen. Während der frühen Kreide wurde die Prinochori Formation der östlichen Vardar Zone im Vorfeld eines heterogenen Deckenstapels abgelagert, der ophiolitisches Material sowie Grundgebirge ähnlich zu dem der Vertiskos Einheit enthielt. Ebenfalls während der Kreidezeit wurde in Thrakien, vermutlich im Vorfeld eines metamorphen Deckenstapels mit Affinitäten zum Grundgebirge der Rhodopen die Melia Formation abgelagert. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Subduktion eines Teiles der Paläotethys und die anschließende Akkretion vom Nordrand Gondwanas stammender Mikrokontinente (Terranes) nahe dem südlichen aktiven Kontinentalrand Eurasiens den geodynamischen Rahmen für die Schüttung des detritischen Materials der Sedimente der inneren Helleniden im späten Paläozoikum bildeten. Die darauf folgenden frühmesozoischen Riftprozesse leiteten die Bildung von Ozeanbecken der Neotethys ein. Intraozeanische Subduktion und die Obduzierung von Ophioliten prägten die Zeit des Jura. Die spätjurassische und frühkretazische tektonische Phase wurde durch die Ablagerung von mittelkretazischen Kalksteinen besiegelt. Die endgültige Schließung von Ozeanbecken der Neotethys im Bereich der inneren Helleniden erfolgte schließlich in der späten Kreide und im Tertiär.

Vergleichende Phylogenie der Gimpel (Aves: Fringillidae: Pyrrhula Brisson, 1760)

Mit dieser Arbeit wird am Beispiel der Gimpel der Gattung Pyrrhula (Aves: Fringillidae) eine vergleichende phylogenetische Methodik angewandt. Der dafür gewählte Untersuchungsansatz beinhaltet v.a. molekulargenetische und morphologische Methoden, deren Ergebnisse vor dem biogeographischen Hintergrund der Gattung analysiert werden. Diese Arbeit bestätigt die traditionelle Abgrenzung der Gimpel gegenüber den anderen Formen der Finkenfamilie. Die Gattung stellt eine monophyletische Gruppe dar und ist sowohl anhand molekulargenetischer als auch morphologischer Merkmale hervorragend umgrenzbar. Eine Vereinigung mit der Schwestergattung Pinicola ist demgegenüber nicht gerechtfertigt. Die mit klassischen Untersuchungsverfahren bestimmten Gruppierungen der Gattung lassen sich auch mit modernen Methoden bestätigen. Pyrrhula besteht aus drei Hauptverwandtschaftsgruppen: „Südostasiatische Gimpel“ (P. nipalensis und P. leucogenis), „Himalayagimpel“ (P. aurantiaca, P. erythaca, P. erythrocephala) und „Eurasische Gimpel“ (P. pyrrhula s.l.). Innerhalb von P. pyrrhula s.l. lassen sich drei genetisch und morphologisch unterschiedlich differenzierte Untergruppierungen mit eigenständige Merkmalskombinationen ausmachen: P. (p.) murina, P. (p.) cineracea und P. (p.) griseiventris. Das Entstehungszentrum von Pyrrhula befand sich vermutlich im südöstlichen Asien. Anhand der molekulargenetischen und biogeographischen Daten lassen sich ungefähre Ausbreitungs- und Diversifizierungsprozesse datieren. Vom Entstehungszentrum ging eine präpleistozäne Ausbreitungswelle aus, die die Aufspaltung der Stammlinienvertreter der Südostasiatischen Gimpel und später die der Himalayagimpel-Stammlinie zur Folge hatten. Etwa zeitgleich begann die Ausbreitung der Vorfahren der Eurasischen Gimpel bis ins westliche Südeuropa. Im frühen Pleistozän spalteten sich die Vorläufer des rezenten P. aurantica ab, gefolgt von der Trennung der südostasiatischen Stammlinie in die Vorfahren von P. nipalensis und P. leucogenis. Daraufhin folgten rasche spätpleistozäne Ausbreitungen und Diversifizierungen, die das Überdauern von Gimpeln in südostchinesischen bzw. mediterranen Glazialrefugien nahelegen. Dabei trennten sich die Stammlinien von P. erythrocephala und P. erythaca ungefähr gleichzeitig mit jenen der Stammlinien von P. pyrrhula s.str., P. (p.) murina und P. (p.) griseiventris. Die P. (p.) cineracea-Stammlinie folgte wiederum etwas später. Die Vorläufer der heutigen P. pyrrhula s.str. nahmen im späten Pleistozän mehrfach ostwärts gerichtete Ausbreitungen vor, während derer sie sich über weite Teile Eurasiens bis nach Kamtschatka verbreiteten. Die morphologischen Differenzierungen der einzelnen Formen wurden wahrscheinlich stark durch die geographischen Verhältnisse beeinflusst. Neben Isolationseffekten auf Inseln (murina) spielten vermutlich auch pleistozäne Refugialgebiete der Mandschurei und Japans für die Entstehung der heutigen griseiventris und das nordmongolische Refugium für cineracea eine große Rolle. Der gefiedermorphologische Geschlechtsmonomorphismus von P. nipalensis und P. leucogenis könnte dabei einen stammesgeschichtlich ancestralen Zustand darstellen, jener von murina ist dagegen sicher eine sekundäre Reduktionserscheinung. Auf Grundlage des Biospezieskonzeptes erlauben die erarbeiteten phylogenetischen Daten, die Gattung Pyrrhula entweder in sechs oder in neun Arten (inkl. zweier Superspezies) zu unterteilen. Der zahlenmäßige Unterschied entsteht dabei durch die unterschiedliche Klassifikation der Formen murina, cineracea und griseiventris, die entweder P. pyrrhula als Subspezies angeschlossen werden oder als Angehörige einer Superspezies P. [pyrrhula] Artrang erhalten.