Sistematização e avaliação de técnicas de investigação aplicadas à caracterização e diagnóstico de área contaminada por hidrocarbonetos de petróleo

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Proveniência de arenitos albianos (Grupo Itapecuru), borda leste da bacia de São Luís-Grajaú, Maranhão, usando análise de minerais pesados e química mineral

Depósitos albianos da bacia de São Luís-Grajaú, antigamente conhecidos apenas em subsuperfície como ‘Unidade Indiferenciada’ do Grupo Itapecuru, foram recentemente encontrados ao longo do rio Itapecuru, na parte leste desta bacia. São argilitos avermelhados, esverdeados a cinzas, arenitos estratificados e maciços e subordinadamente calcários, interpretados como depósitos de delta progradante para ENE/E e ESE e conectado a uma plataforma restrita. Para determinar a proveniência de arenitos albianos, foram coletadas 18 amostras para estudos de minerais pesados (fração 0,062-0,125 mm) usando-se microscópio petrográfico convencional e microscópio eletrônico de varredura. Os arenitos foram classificados como quartzo-arenito moderadamente a bem selecionado, cimentado por dolomita, cujos principais minerais pesados são zircão (4-70%), granada (12-74%), turmalina (3-20%), estaurolita (1-9%), rutilo (1-8%) e barita (0-55%), enquanto cianita, anatásio (autigênico), anfibólio (hornblenda), andaluzita, sillimanita, espinélio e ilmenita ocorrem raramente. A maioria dos grãos é irregular angulosa, mas grãos bem arredondados, particularmente de turmalina e zircão, também estão presentes. Texturas superficiais incluem fraturas conchoidais, marcas de percussão em V e pequenos buracos, estes últimos em grãos arredondados de turmalina e zircão, enquanto feições de corrosão estão principalmente presentes em barita (cavidades rômbicas), cianita, estaurolita (superfície mamilar) e granada (facetas bem formadas por dissolução). Grãos de zircão, com texturas de zoneamento oscilatório e razões U/Th ≥ 0,5 e Zr/Hf média de 29, indicam proveniência de granitos e migmatitos, enquanto os tipos de turmalina, determinados como dravita e shorlita, são oriundos, principalmente, de metapelitos e metapsamitos aluminosos e/ou pobres em Al, com menor contribuição de granitos e rochas meta-ultramáficas. As granadas, por sua vez, são ricas em almandina e têm baixos teores dos componentes de espessartita, grossulária e piropo. Suas fontes potenciais são rochas metamórficas de baixo a médio grau e granitos. Com base em análises de minerais pesados e progradação do sistema deltaico para ENE/E e ESE, as áreas mais prováveis como fontes potenciais de arenitos albianos são o cráton São Luís, os cinturões neoproterozóicos Araguaia e Gurupi, bem como a bacia paleozóica do Parnaíba, esta fornecendo sedimentos de grãos arredondados.

Paleoambiente e proveniência da formação cabeças da bacia do Parnaíba: evidências da glaciação famenniana e implicações na potencialidade do reservatório

O histórico de prospecção de hidrocarbonetos da Bacia Paleozoica do Parnaíba, situada no norte-nordeste do Brasil, sempre foi considerado desfavorável quando comparado aos super-reservatórios estimados do Pré-Sal das bacias da Margem Atlântica e até mesmo interiores, como a Bacia do Solimões. No entanto, a descoberta de gás natural em depósitos da superseqüência mesodevoniana-eocarbonífera do Grupo Canindé, que incluem as formações Pimenteiras, Cabeças e Longá, impulsionou novas pesquisas no intuito de refinar a caracterização paleoambiental, paleogeográfica, bem como, entender o sistema petrolífero, os possíveis plays e a potencialidade do reservatório Cabeças. A avaliação faciológica e estratigráfica com ênfase no registro da tectônica glacial, em combinação com a geocronologia de zircão detrítico permitiu interpretar o paleoambiente e a proveniência do reservatório Cabeças. Seis associações de fácies agrupadas em sucessões aflorantes, com espessura máxima de até 60m registram a evolução de um sistema deltaico Devoniano influenciado por processos glaciais principalmente no topo da unidade. 1) frente deltaica distal, composta por argilito maciço, conglomerado maciço, arenito com acamamento maciço, laminação plana e estratificação cruzada sigmoidal 2) frente deltaica proximal, representada pelas fácies arenito maciço, arenito com laminação plana, arenito com estratificação cruzada sigmoidal e conglomerado maciço; 3) planície deltaica, representada pelas fácies argilito laminado, arenito maciço, arenito com estratificação cruzada acanalada e conglomerado maciço; 4) shoreface glacial, composta pelas fácies arenito com marcas onduladas e arenito com estratificação cruzada hummocky; 5) depósitos subglaciais, que englobam as fácies diamictito maciço, diamictito com pods de arenito e brecha intraformacional; e 6) frente deltaica de degelo, constituída pelas fácies arenito maciço, arenito deformado, arenito com laminação plana, arenito com laminação cruzada cavalgante e arenito com estratificação cruzada sigmoidal. Durante o Fammeniano (374-359 Ma) uma frente deltaica dominada por processos fluviais progradava para NW (borda leste) e para NE (borda oeste) sobre uma plataforma influenciada por ondas de tempestade (Formação Pimenteiras). Na borda leste da bacia, o padrão de paleocorrente e o espectro de idades U-Pb em zircão detrítico indicam que o delta Cabeças foi alimentado por áreas fonte situadas a sudeste da Bacia do Parnaíba, provavelmente da Província Borborema. Grãos de zircão com idade mesoproterozóica (~ 1.039 – 1.009 Ma) e neoproterozóica (~ 654 Ma) são os mais populosos ao contrário dos grãos com idade arqueana (~ 2.508 – 2.678 Ma) e paleoproterozóica (~ 2.054 – 1.992 Ma). O grão de zircão concordante mais novo forneceu idade ²⁰⁶Pb/²³⁸U de 501,20 ± 6,35 Ma (95% concordante) indicando idades de áreas-fonte cambrianas. As principais fontes de sedimentos do delta Cabeças na borda leste são produto de rochas do Domínio Zona Transversal e de plútons Brasilianos encontrados no embasamento a sudeste da Bacia do Parnaíba, com pequena contribuição de sedimentos oriundos de rochas do Domínio Ceará Central e da porção ocidental do Domínio Rio Grande do Norte. No Famenniano, a movimentação do supercontinente Gondwana para o polo sul culminou na implantação de condições glaciais concomitantemente com o rebaixamento do nível do mar e exposição da região costeira. O avanço das geleiras sobre o embasamento e depósitos deltaicos gerou erosão, deposição de diamictons com clastos exóticos e facetados, além de estruturas glaciotectônicas tais como plano de descolamento, foliação, boudins, dobras, duplex, falhas e fraturas que refletem um cisalhamento tangencial em regime rúptil-dúctil. O substrato apresentava-se inconsolidado e saturados em água com temperatura levemente abaixo do ponto de fusão do gelo (permafrost quente). Corpos podiformes de arenito imersos em corpos lenticulares de diamicton foram formados pela ruptura de camadas pelo cisalhamento subglacial. Lentes de conglomerados esporádicas (dump structures) nos depósitos de shoreface sugere queda de detritos ligados a icebergs em fases de recuo da geleira. A elevação da temperatura no final do Famenniano reflete a rotação destral do Gondwana e migração do polo sul da porção ocidental da América do Sul e para o oeste da África. Esta nova configuração paleogeográfica posicionou a Bacia do Parnaíba em regiões subtropicais iniciando o recuo de geleiras e a influência do rebound isostático. O alívio de pressão é indicado pela geração de sills e diques clásticos, estruturas ball-and-pillow, rompimento de camadas e brechas. Falhas de cavalgamento associadas à diamictitos com foliação na borda oeste da bacia sugerem que as geleiras migravam para NNE. O contínuo aumento do nível do mar relativo propiciou a instalação de sedimentação deltaica durante o degelo e posteriormente a implantação de uma plataforma transgressiva (Formação Longá). Diamictitos interdigitados com depósitos de frente deltaica na porção superior da Formação Cabeças correspondem a intervalos com baixo volume de poros e podem representar trapas estratigráficas secundárias no reservatório. As anisotropias primárias subglaciais do topo da sucessão Cabeças, em ambas as bordas da Bacia do Parnaíba, estende a influência glacial e abre uma nova perspectiva sobre a potencialidade efetiva do reservatório Cabeças do sistema petrolífero Mesodevoniano-Eocarbonífero da referida bacia.

Reavaliação paleoambiental e estratigráfica da Formação Nobres do Grupo Araras, Neoproterozóico da Faixa Paraguai, região de Cáceres (MT)

A Formação Nobres representa a última deposição carbonática neoproterozoica do Grupo Araras, na porção sudoeste da Faixa Paraguai Norte. Estudos faciológicos e estratigráficos em afloramentos na região de Cáceres, no estado do Mato Grosso, subdividiram a Formação Nobres em: membro inferior, composto de dolomitos finos, dolopackstones intraclásticos, dolomitos arenosos, estromatólitos estratiformes e moldes evaporíticos, interpretados como depósitos de planície de maré/sabkha; e membro superior, composto por dolomitos finos, arenitos dolomíticos, estromatólitos estratiformes a dômicos e rugosos e moldes evaporíticos, além de arenitos e pelitos interpretados como depósitos de planície de maré mista. O empilhamento destes depósitos de até 200 m de espessura é composto por ciclos métricos de raseamento/salinidade ascendente relacionado a um clima árido. Os ciclos de perimaré também sugerem geração contínua e recorrente de espaço de acomodação provavelmente ligado à subsidência tectônica. O influxo de sedimentos siliciclásticos no final da deposição da Formação Nobres inibiu a sedimentação carbonática e é atribuída ao soerguimento de áreas-fontes ligado ao início do fechamento do Oceano Clymene, durante a colisão Pampeana-Araguaia, no limite Neoproterozoico-Cambriano.

Proveniência das rochas metassedimentares do Cinturão Araguaia com base em datações Pb-Pb em zircão e idades-modelo Sm-Nd

Este trabalho apresenta dados geocronológicos ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb de grãos detríticos de zircão obtidos pelo método de evaporação de chumbo e idades-modelo Sm-Nd (T_DM) de rochas metassedimentares do Cinturão Araguaia, e discute as possíveis áreas-fonte dessas rochas, buscando investigar a história evolutiva deste cinturão no contexto da amalgamação do Gondwana. As datações em grãos detríticos de zircão de quartzitos da Formação Morro do Campo apontaram idades arqueanas (3,0-2,65 Ga) para o domínio norte (região de Xambioá) e, para o domínio sul (região de Paraíso do Tocantins), revelaram idades meso-neoproterozoicas (1,25-0,85 Ga) e, secundariamente, paleoproterozoicas (1,85-1,70 Ga), sugerindo a existência de áreas fontes distintas para os dois domínios. As idades-modelo Sm-Nd (T_DM) obtidas em metapelitos (ardósias, filitos, micaxistos) dos grupos Estrondo e Tocantins apresentaram distribuição bimodal com maior frequência de idades entre 2,1 e 1,4 Ga, com moda entre 1,7 e 1,6 Ga, e outras menos frequentes entre 2,7 e 2,4 Ga, sugerindo mistura de fontes de idade Paleoproterozoica (ou até Arqueana) com fontes mais jovens, provavelmente do Meso-Neoproterozoico. Os principais candidatos a fonte para as rochas do Cinturão Araguaia seriam os segmentos crustais situados a sudeste (Cráton São Francisco, Maciço de Goiás e Arco Magmático de Goiás). Toda a sucessão de rochas sedimentares da bacia oceânica Araguaia e rochas magmáticas associadas a estes segmentos foram transportados, posteriormente, em direção à margem oriental do Cráton Amazônico, durante a tectônica principal de estruturação do Cinturão Araguaia, resultante da amalgamação do supercontinente Gondwana.

Mineralogia e geoquímica de sedimentos de manguezais da costa amazônica: o exemplo do estuário do rio Marapanim (Pará)

Os manguezais do estado do Pará representam importante segmento da costa norte brasileira sobre os quais pouco se conhece das características geológicas e as relações com área(s)-fonte. A pesquisa foi realizada no estuário do rio Marapanim, na costa paraense, para demonstrar a contribuição de sedimentos continentais para a formação dos sedimentos dos manguezais. Foram coletados sedimentos da Formação Barreiras e solos dela derivados (principais fontes terrígenas), e os sedimentos de manguezal. Nos sedimentos de manguezal foram realizadas análises granulométricas, determinação dos teores de carbono (C %) e medidas de pH, Eh e salinidade intersticial. A determinação mineralógica e a geoquímica multi-elementar foi feita nos sedimentos lamosos e nos sedimentos continentais adjacentes, para comparações. Os sedimentos de manguezal são sílticoargilosos (> 90 %), com teores de carbono entre 0,75 a 3,5 %. A mineralogia principal é composta por quartzo, goethita, hematita, caulinita, illita, além de zircão, turmalina, estaurolita e cianita como acessórios, assinatura mineralógica típica dos sedimentos da Formação Barreiras e dos solos. De ocorrência comum nesses manguezais, os minerais neoformados são: esmectita, feldspato potássico, pirita, halita, gipso e a jarosita. O enriquecimento em SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, e TiO₂ nos manguezais e os níveis crustais dos metais-traço refletem o clima tropical e a composição mineralógica da área-fonte, rica em quartzo e caulinita e a ausência de influência antrópica. A composição química associada à matéria orgânica, abundantes diatomáceas além de Fe, S e os aportes de Cl^-, Na⁺, K⁺, Ca⁺⁺ e Mg⁺⁺ da água do mar, identificam o ambiente deposicional e os minerais autigênicos. O padrão de fracionamento dos elementos-traço nos manguezais também corrobora a marcante contribuição da área-fonte continental. Esses sedimentos apresentam o predomínio dos Elementos Terras Rara Leves (ETRL) sobre os Elementos Terras Raras Pesados (ETRP) com elevadas razões de Th/Co; La/Th; La/Sc; La/Co e Zr/Sc e Th/ Sc e Ba/Co, elementos presentes nas rochas ígneas félsicas que originaram os sedimentos terrígenos.

Simulação de produção de sedimentos em microbacias em função de cenários de restauração florestal

In São Paulo state, deforestation and agriculture activities are increasing soil losses processes, especially in areas of susceptible soils where properties not adopt soil conservation practices. Environmental adequacy at property level regarding Permanent Protection Areas and Legal Reserves is considered a factor on reducing soil losses and considering that we assessed soil losses of different scenario of environmental adequacy. Simulations of erosive process were carried out in 15 catchments of Corumbataí river basin, according to different forest restoration scenarios, as well as the current situation of land use/land cover. The scenarios include the implementation of Permanent Preservation Areas (PPA), the reforestation of variable source areas, and two scenarios, the Legal Reserve installation in 20% of each catchment, being one of them for most critical areas in terms of erosion and the other at random. It was observed that the establishment of PPA and the reforestation of hydrologically sensitive areas, offered only a small contribution to the control of the erosive process, resulting in a reduction of 10% and 7,8%, respectively, while the legal reserve in critical areas has a significant reduction of 69,8%. The random scenario, in turn, resulted in a reduction of only 21,4%. Results show that reforestation could reduce soil losses, but previous studies of land prioritization and planning could increase significantly its efficiency at this process.

Habitação e gestão ambiental em áreas de mananciais: o caso do município de Santo André (SP)

Este artigo tem como objetivo levantar e discutir as ações de gestão ambiental e sua interface com a questão habitacional junto à área administrada pela Subprefeitura de Paranapiacaba e Parque Andreense, Santo André-SP, no biênio 2007-2008. O foco do trabalho é a capacidade política e institucional do município criada para tratar de tais questões. Os métodos usados foram pesquisa documental, bibliográfica e de campo, com entrevista a gestores do município. A pesquisa identificou que o município conta com propostas com grande potencial de contribuição para a melhoria da qualidade ambiental e habitacional na área de mananciais, principalmente por seu caráter de integração entre planejamentos. O estabelecimento de conselhos com participação de várias pastas representa um potencial elemento de integração nas ações desses órgãos, permitindo o compartilhamento de temas pertinentes ao longo do desenvolvimento das agendas de forma contínua. Quanto à recuperação urbana e ambiental dos loteamentos irregulares, é possível afirmar que os parâmetros urbanísticos e a definição do uso e ocupação do solo estão intimamente relacionados à qualidade ambiental e precisam ser construídos em conjunto por profissionais da área de urbanismo e da área ambiental, e discutidos com a comunidade local. O formato de gestão na área de mananciais, foco deste estudo de caso no município de Santo André, representa um significativo passo na construção da integração entre os sistemas de gerenciamento de recursos hídricos e de planejamento urbano/metropolitano.

Aeolian geomorphodynamics in endorheic basins of the Mongolian Gobi Desert

Die vorliegende Arbeit ist im Zuge des DFG Projektes Spätpleistozäne, holozäne und aktuelle Geomorphodynamik in abflusslosen Becken der Mongolischen Gobi´´ entstanden. Das Arbeitsgebiet befindet sich in der südlichen Mongolei im nördlichen Teil der Wüste Gobi. Neben einigen Teilen der Sahara (Heintzenberg, 2009), beispielsweise das Bodélé Becken des nördlichen Tschads (z.B. Washington et al., 2006a; Todd et al., 2006; Warren et al., 2007) wird Zentralasien als ein Hauptliefergebiet für Partikel in die globale Zirkulation der Atmosphäre gesehen (Goudie, 2009). Hauptaugenmerk liegt hierbei besonders auf den abflusslosen Becken und deren Sedimentablagerungen. Die, der Deflation ausgesetzten Flächen der Seebecken, sind hauptsächliche Quelle für Partikel die sich in Form von Staub respektive Sand ausbreiten. Im Hinblick auf geomorphologische Landschaftsentwicklung wurde der Zusammenhang von Beckensedimenten zu Hangdepositionen numerisch simuliert. Ein von Grunert and Lehmkuhl (2004) publiziertes Model, angelehnt an Ideen von Pye (1995) wird damit in Betracht gezogen. Die vorliegenden Untersuchungen modellieren Verbreitungsmechanismen auf regionaler Ebene ausgehend von einer größeren Anzahl an einzelnen punktuellen Standorten. Diese sind repräsentativ für die einzelnen geomorphologischen Systemglieder mit möglicherweise einer Beteiligung am Budget aeolischer Geomorphodynamik. Die Bodenbedeckung durch das charakteristische Steinpflaster der Gobi - Region, sowie unter anderem Korngrößenverteilungen der Oberflächensedimente wurden untersucht. Des Weiteren diente eine zehnjährige Zeitreihe (Jan 1998 bis Dez 2007) meteorologischer Daten als Grundlage zur Analyse der Bedingungen für äolische Geomorphodynamik. Die Daten stammen von 32 staatlichen mongolischen Wetterstationen aus der Region und Teile davon wurden für die Simulationen verwendet. Zusätzlich wurden atmosphärische Messungen zur Untersuchung der atmosphärischen Stabilität und ihrer tageszeitlichen Variabilität mit Mess-Drachenaufstiegen vorgenommen. Die Feldbefunde und auch die Ergebnisse der Laboruntersuchungen sowie der Datensatz meteorologischer Parameter dienten als Eingangsparameter für die Modellierungen. Emissionsraten der einzelnen Standorte und die Partikelverteilung im 3D Windfeld wurden modelliert um die Konvektivität der Beckensedimente und Hangdepositionen zu simulieren. Im Falle hoher mechanischer Turbulenz der bodennahen Luftschicht (mit einhergehender hoher Wind Reibungsgeschwindigkeit), wurde generell eine neutrale Stabilität festgestellt und die Simulationen von Partikelemission sowie deren Ausbreitung und Deposition unter neutraler Stabilitätsbedingung berechnet. Die Berechnung der Partikelemission wurde auf der Grundlage eines sehr vereinfachten missionsmodells in Anlehnung an bestehende Untersuchungen (Laurent et al., 2006; Darmenova et al., 2009; Shao and Dong, 2006; Alfaro, 2008) durchgeführt. Sowohl 3D Windfeldkalkulationen als auch unterschiedliche Ausbreitungsszenarien äolischer Sedimente wurden mit dem kommerziellen Programm LASAT® (Lagrange-Simulation von Aerosol-Transport) realisiert. Diesem liegt ein Langargischer Algorithmus zugrunde, mittels dessen die Verbreitung einzelner Partikel im Windfeld mit statistischer Wahrscheinlichkeit berechnet wird. Über Sedimentationsparameter kann damit ein Ausbreitungsmodell der Beckensedimente in Hinblick auf die Gebirgsfußflächen und -hänge generiert werden. Ein weiterer Teil der Untersuchungen beschäftigt sich mit der geochemischen Zusammensetzung der Oberflächensedimente. Diese Proxy sollte dazu dienen die simulierten Ausbreitungsrichtungen der Partikel aus unterschiedlichen Quellregionen nach zu verfolgen. Im Falle der Mongolischen Gobi zeigte sich eine weitestgehende Homogenität der Minerale und chemischen Elemente in den Sedimenten. Laser Bebohrungen einzelner Sandkörner zeigten nur sehr leichte Unterschiede in Abhängigkeit der Quellregionen. Die Spektren der Minerale und untersuchten Elemente deuten auf graitische Zusammensetzungen hin. Die, im Untersuchungsgebiet weit verbreiteten Alkali-Granite (Jahn et al., 2009) zeigten sich als hauptverantwortlich für die Sedimentproduktion im Untersuchungsgebiet. Neben diesen Mineral- und Elementbestimmungen wurde die Leichtmineralfraktion auf die Charakteristik des Quarzes hin untersucht. Dazu wurden Quarzgehalt, Kristallisation und das Elektronen-Spin-Resonanz Signal des E’1 - Centers in Sauerstoff Fehlstellungen des SiO2 Gitters bestimmt. Die Untersuchungen sind mit dem Methodenvorschlag von Sun et al. (2007) durchgeführt worden und sind prinzipiell gut geeignet um Herkunftsanalysenrndurchzuführen. Eine signifikante Zuordnung der einzelnen Quellgebiete ist jedoch auch in dieser Proxy nicht zu finden gewesen.

PBDEs in the atmosphere over the Asian marginal seas, and the Indian and Atlantic oceans

Air samples were collected from Jan 16 to Mar 14, 2008 onboard the Oceanic II- The Scholar Ship which navigated an east–west transect from Shanghai to Cape Verde, and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) were analyzed in these samples. PBDE concentrations in the atmosphere over the open seas were influenced by proximity to source areas and land, and air mass origins. The concentrations of Σ21PBDEs over the East and South China Seas, the Bay of Bengal and the Andaman Sea, the Indian Ocean, and the Atlantic Ocean were 10.8 ± 6.13, 3.22 ± 1.57, 5.12 ± 3.56, and 2.87 ± 1.81 pg m−3, respectively. BDE-47 and -99 were the dominant congeners in all the samples, suggesting that the widely used commercial penta-BDE products were the original sources. Over some parts of Atlantic and Indian Ocean, daytime concentrations of BDE-47 and BDE-99 were higher than the concentrations at night. The strong atmospheric variability does not always coincide with a diurnal cycle, but the variability in air concentrations in such remote areas of the ocean remains strong. No significant trends were found for each of PBDE congener with latitude.

Change in dust variability in the Atlantic sector of Antarctica at the end of the last deglaciation

We present a Rare Earth Elements (REE) record determined on the EPICA ice core drilled at Dronning Maud Land (EDML) in the Atlantic sector of the East Antarctic Plateau. The record covers the transition from the last glacial stage (LGS) to the early Holocene (26 600–7500 yr BP) at decadal to centennial resolution. Additionally, samples from potential source areas (PSAs) for Antarctic dust were analyzed for their REE characteristics. The dust provenance is discussed by comparing the REE fingerprints in the ice core and the PSA samples. We find a shift in variability in REE composition at ~15 000 yr BP in the ice core samples. Before 15 000 yr BP, the dust composition is very uniform and its provenance was most certainly dominated by a South American source. After 15 000 yr BP, multiple sources such as Australia and New Zealand become relatively more important, although South America remains the major dust source. A similar change in the dust characteristics was observed in the EPICA Dome C ice core at around ~15 000 yr BP, accompanied by a shift in the REE composition, thus suggesting a change of atmospheric circulation in the Southern Hemisphere.

Provenance discrimination of Lower Cretaceous synrift sandstones (eastern Iberian Chain Spain) Constraints from detrital modes heavy minerals and geochemistry

Petrography, geochemical whole-rock composition, and chemical analyses of tourmaline were performed in order to determine the source areas of Lower Cretaceous Mora, El Castellar, and uppermost Camarillas Formation sandstones from the Iberian Chain, Spain. Sandstones were deposited in intraplate subbasins, which are bound by plutonic and volcanic rocks of Permian, Triassic, and Jurassic age, Paleozoic metamorphic rocks, and Triassic sedimentary rocks. Modal analyses together with petrographic and cathodoluminescence observations allowed us to define three quartz-feldspathic petrofacies and recognize diagenetic processes that modified the original framework composition. Results from average restored petrofacies are: Mora petrofacies = P/F >1 and Q(r)70 F(r)22 R(r)9; El Castellar petrofacies = P/F >1 and Q(r)57 F(r)25 R(r)18; and Camarillas petrofacies = P/F ∼ zero and Q(r)64 F(r)28 R(r)7 (P—plagioclase; F—feldspar; Q—quartz; R—rock fragments; r—restored composition). Trace-element and rare earth element abundances of whole-rock analyses discriminate well between the three petrofacies based on: (1) the Rb concentration, which is indicative of the K content and reflects the amount of K-feldspar modal abundance, and (2) the relative modal abundance of heavy minerals (tourmaline, zircon, titanite, and apatite), which is reproduced by the elements hosted in the observed heavy mineral assemblage (i.e., B and Li for tourmaline; Zr, Hf, and Ta for zircon; Ti, Ta, Nb, and their rare earth elements for titanite; and P, Y, and their rare earth elements for apatite). Tourmaline chemical composition for the three petrofacies ranges from Fe-tourmaline of granitic to Mg-tourmaline of metamorphic origin. The three defined petrofacies suggest a mixed provenance from plutonic and metamorphic source rocks. However, a progressively major influence of granitic source rocks was detected from the lowermost Mora petrofacies toward the uppermost Camarillas petrofacies. This provenance trend is consistent with the uplift and erosion of the Iberian Massif, which coincided with the development of the latest Berriasian synrift regional unconformity and affected all of the Iberian intraplate basins. The uplifting stage of Iberian Massif pluton caused a significant dilution of Paleozoic metamorphic source areas, which were dominant during the sedimentation of the lowermost Mora and El Castellar petrofacies. The association of petrographic data with whole-rock geochemical compositions and tourmaline chemical analysis has proved to be useful for determining source area characteristics, their predominance, and the evolution of source rock types during the deposition of quartz-feldspathic sandstones in intraplate basins. This approach ensures that provenance interpretation is consistent with the geological context.

Mineralogy-based quantitative precipitation and temperature reconstructions from annually laminated lake sediments (Swiss Alps) since AD 1580

[1] We present quantitative autumn, summer and annual precipitation and summer temperature reconstructions from proglacial annually laminated Lake Silvaplana, eastern Swiss Alps back to AD 1580. We used X-ray diffraction peak intensity ratios of minerals in the sediment layers (quartz qz, plagioclase pl, amphibole am, mica mi) that are diagnostic for different source areas and hydro-meteorological transport processes in the catchment. XRD data were calibrated with meteorological data (AD 1800/1864–1950) and revealed significant correlations: mi/pl with SON precipitation (r = 0.56, p < 0.05) and MJJAS precipitation (r = 0.66, p < 0.01); qz/mi with MJJAS temperature (r = −0.72, p < 0.01)and qz/am with annual precipitation (r = −0.54, p < 0.05). Geological catchment settings and hydro-meteorological processes provide deterministic explanations for the correlations. Our summer temperature reconstruction reproduces the typical features of past climate variability known from independent data sets. The precipitation reconstructions show a LIA climate moister than today. Exceptionally wet periods in our reconstruction coincide with regional glacier advances.

Quantitative high-resolution warm season rainfall recorded in varved sediments of Lake Oeschinen, northern Swiss Alps: calibration and validation AD 1901–2008

High-resolution, well-calibrated records of lake sediments are critically important for quantitative climate reconstructions, but they remain a methodological and analytical challenge. While several comprehensive paleotemperature reconstructions have been developed across Europe, only a few quantitative high-resolution studies exist for precipitation. Here we present a calibration and verification study of lithoclastic sediment proxies from proglacial Lake Oeschinen (46°30′N, 7°44′E, 1,580 m a.s.l., north–west Swiss Alps) that are sensitive to rainfall for the period AD 1901–2008. We collected two sediment cores, one in 2007 and another in 2011. The sediments are characterized by two facies: (A) mm-laminated clastic varves and (B) turbidites. The annual character of the laminae couplets was confirmed by radiometric dating (210Pb, 137Cs) and independent flood-layer chronomarkers. Individual varves consist of a dark sand-size spring-summer layer enriched in siliciclastic minerals and a lighter clay-size calcite-rich winter layer. Three subtypes of varves are distinguished: Type I with a 1–1.5 mm fining upward sequence; Type II with a distinct fine-sand base up to 3 mm thick; and Type III containing multiple internal microlaminae caused by individual summer rainstorm deposits. Delta-fan surface samples and sediment trap data fingerprint different sediment source areas and transport processes from the watershed and confirm the instant response of sediment flux to rainfall and erosion. Based on a highly accurate, precise and reproducible chronology, we demonstrate that sediment accumulation (varve thickness) is a quantitative predictor for cumulative boreal alpine spring (May–June) and spring/summer (May–August) rainfall (rMJ = 0.71, rMJJA = 0.60, p < 0.01). Bootstrap-based verification of the calibration model reveals a root mean squared error of prediction (RMSEPMJ = 32.7 mm, RMSEPMJJA = 57.8 mm) which is on the order of 10–13 % of mean MJ and MJJA cumulative precipitation, respectively. These results highlight the potential of the Lake Oeschinen sediments for high-resolution reconstructions of past rainfall conditions in the northern Swiss Alps, central and eastern France and south-west Germany.

Geomorphic coupling between hillslopes and channels in the Swiss Alps

The coupling relationships between hillslope and channel network are fundamental for the understanding of mountainous landscapes' evolution. Here, we applied dendrogeomorphic methods to identify the hillslope–channel relationship and the sediment transfer dynamics within an alpine catchment, at the highest possible resolution. The Schimbrig catchment is located in the central Swiss Alps and can be divided into two distinct geomorphic sectors. To the east, the Schimbrig earth flow is the largest sediment source of the basin, while to the west, the Rossloch channel network is affected by numerous shallow landslides responsible for the supply of sediment from hillslopes to channels. To understand the connectivity between hillslopes and channels and between sources and sink, trees were sampled along the main Rossloch stream, on the Schimbrig earth flow and on the Rossloch depositional area. Geomorphic observations and dendrogeomophic results indicate different mechanisms of sediment production, transfer and deposition between upper and lower segments of the channel network. In the source areas (upper part of the Rossloch channel system), sediment is delivered to the channel network through slow movements of the ground, typical of earth flow, shallow landslides and soil creep. Contrariwise, in the depositional area (lower part of the channel network), the mechanisms of sediment transfer are mainly due to torrential activity, floods and debris flows. Tree analysis allowed the reconstruction of periods of high activity during the last century for the entire catchment. The collected dataset presents a very high temporal resolution but we encountered some limitations in establishing the source-to-sink connectivity at the catchment-wide scale. Despite these uncertainties, for decennial timescales the results suggest a direct coupling between hillslopes and neighbouring channels in the Rossloch channel network, and a de-coupling between sediment sources and sink farther downstream, with connections possible only during extraordinary events.