Application of low temperature thermochronology to understanding cooling and exhumation in the Central Swiss Alps

THESIS ABSTRACT : Low-temperature thermochronology relies on application of radioisotopic systems whose closure temperatures are below temperatures at which the dated phases are formed. In that sense, the results are interpreted as "cooling ages" in contrast to "formation ages". Owing to the low closure-temperatures, it is possible to reconstruct exhumation and cooling paths of rocks during their residence at shallow levels of the crust, i.e. within first ~10 km of depth. Processes occurring at these shallow depths such as final exhumation, faulting and relief formation are fundamental for evolution of the mountain belts. This thesis aims at reconstructing the tectono-thermal history of the Aar massif in the Central Swiss Alps by means of zircon (U-Th)/He, apatite (U-Th)/He and apatite fission track thermochronology. The strategy involved acquisition of a large number of samples from a wide range of elevations in the deeply incised Lötschen valley and a nearby NEAT tunnel. This unique location allowed to precisely constrain timing, amount and mechanisms of exhumation of the main orographic feature of the Central Alps, evaluate the role of topography on the thermochronological record and test the impact of hydrothermal activity. Samples were collected from altitudes ranging between 650 and 3930 m and were grouped into five vertical profiles on the surface and one horizontal in the tunnel. Where possible, all three radiometric systems were applied to each sample. Zircon (U-Th)/He ages range from 5.1 to 9.4 Ma and are generally positively correlated with altitude. Age-elevation plots reveal a distinct break in slope, which translates into exhumation rate increasing from ~0.4 to ~3 km/Ma at 6 Ma. This acceleration is independently confirmed by increased cooling rates on the order of 100°C/Ma constrained on the basis of age differences between the zircon (U-Th)/He and the remaining systems. Apatite fission track data also plot on a steep age-elevation curve indicating rapid exhumation until the end of the Miocene. The 6 Ma event is interpreted as reflecting tectonically driven uplift of the Aar massif. The late Miocene timing implies that the increase of precipitation in the Pliocene did not trigger rapid exhumation in the Aar massif. The Messinian salinity crisis in the Mediterranean could not directly intensify erosion of the Aar but associated erosional output from the entire Alps may have tapered the orogenic wedge and caused reactivation of thrusting in the Aar massif. The high exhumation rates in the Messinian were followed by a decrease to ~1.3 km/Ma as evidenced by ~8 km of exhumation during last 6 Ma. The slowing of exhumation is also apparent from apatite (U-Th)1He age-elevation data in the northern part of the Lötschen valley where they plot on a ~0.5km/Ma line and range from 2.4 to 6.4 Ma However, from the apatite (U-Th)/He and fission track data from the NEAT tunnel, there is an indication of a perturbation of the record. The apatite ages are youngest under the axis of the valley, in contrast to an expected pattern where they would be youngest in the deepest sections of the tunnel due to heat advection into ridges. The valley however, developed in relatively soft schists while the ridges are built of solid granitoids. In line with hydrological observations from the tunnel, we suggest that the relatively permeable rocks under the valley floor, served as conduits of geothermal fluids that caused reheating leading to partial Helium loss and fission track annealing in apatites. In consequence, apatite ages from the lowermost samples are too young and the calculated exhumation rates may underestimate true values. This study demonstrated that high-density sampling is indispensable to provide meaningful thermochronological data in the Alpine setting. The multi-system approach allows verifying plausibility of the data and highlighting sources of perturbation. RÉSUMÉ DE THÈSE : La thermochronologie de basse température dépend de l'utilisation de systèmes radiométriques dont la température de fermeture est nettement inférieure à la température de cristallisation du minéral. Les résultats obtenus sont par conséquent interprétés comme des âges de refroidissement qui diffèrent des âges de formation obtenus par le biais d'autres systèmes de datation. Grâce aux températures de refroidissement basses, il est aisé de reconstruire les chemins de refroidissement et d'exhumation des roches lors de leur résidence dans la croute superficielle (jusqu'à 10 km). Les processus qui entrent en jeu à ces faibles profondeurs tels que l'exhumation finale, la fracturation et le faillage ainsi que la formation du relief sont fondamentaux dans l'évolution des chaînes de montagne. Ces dernières années, il est devenu clair que l'enregistrement thermochronologique dans les orogènes peut être influencé par le relief et réinitialisé par l'advection de la chaleur liée à la circulation de fluides géothermaux après le refroidissement initial. L'objectif de cette thèse est de reconstruire l'histoire tectono-thermique du massif de l'Aar dans les Alpes suisses Centrales à l'aide de trois thermochronomètres; (U-Th)/He sur zircon, (U-Th)/He sur apatite et les traces de fission sur apatite. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons récolté un grand nombre d'échantillons provenant de différentes altitudes dans la vallée fortement incisée de Lötschental ainsi que du tunnel de NEAT. Cette stratégie d'échantillonnage nous a permis de contraindre de manière précise la chronologie, les quantités et les mécanismes d'exhumation de cette zone des Alpes Centrales, d'évaluer le rôle de la topographie sur l'enregistrement thermochronologique et de tester l'impact de l'hydrothermalisme sur les géochronomètres. Les échantillons ont été prélevés à des altitudes comprises entre 650 et 3930m selon 5 profils verticaux en surface et un dans le tunnel. Quand cela à été possible, les trois systèmes radiométriques ont été appliqués aux échantillons. Les âges (U-Th)\He obtenus sur zircons sont compris entre 5.l et 9.4 Ma et sont corrélés de manière positive avec l'altitude. Les graphiques représentant l'âge et l'élévation montrent une nette rupture de la pente qui traduisent un accroissement de la vitesse d'exhumation de 0.4 à 3 km\Ma il y a 6 Ma. Cette accélération de l'exhumation est confirmée par les vitesses de refroidissement de l'ordre de 100°C\Ma obtenus à partir des différents âges sur zircons et à partir des autres systèmes géochronologiques. Les données obtenues par traces de fission sur apatite nous indiquent également une exhumation rapide jusqu'à la fin du Miocène. Nous interprétons cet évènement à 6 Ma comme étant lié à l'uplift tectonique du massif de l'Aar. Le fait que cet évènement soit tardi-miocène implique qu'une augmentation des précipitations au Pliocène n'a pas engendré cette exhumation rapide du massif de l'Aar. La crise Messinienne de la mer méditerranée n'a pas pu avoir une incidence directe sur l'érosion du massif de l'Aar mais l'érosion associée à ce phénomène à pu réduire le coin orogénique alpin et causer la réactivation des chevauchements du massif de l'Aar. L'exhumation rapide Miocène a été suivie pas une diminution des taux d'exhumation lors des derniers 6 Ma (jusqu'à 1.3 km\Ma). Cependant, les âges (U-Th)\He sur apatite ainsi que les traces de fission sur apatite des échantillons du tunnel enregistrent une perturbation de l'enregistrement décrit ci-dessus. Les âges obtenus sur les apatites sont sensiblement plus jeunes sous l'axe de la vallée en comparaison du profil d'âges attendus. En effet, on attendrait des âges plus jeunes sous les parties les plus profondes du tunnel à cause de l'advection de la chaleur dans les flancs de la vallée. La vallée est creusée dans des schistes alors que les flancs de celle-ci sont constitués de granitoïdes plus durs. En accord avec les observations hydrologiques du tunnel, nous suggérons que la perméabilité élevée des roches sous l'axe de la vallée à permi l'infiltration de fluides géothermaux qui a généré un réchauffement des roches. Ce réchauffement aurait donc induit une perte d'Hélium et un recuit des traces de fission dans les apatites. Ceci résulterait en un rajeunissement des âges apatite et en une sous-estimation des vitesses d'exhumation sous l'axe de la vallée. Cette étude à servi à démontrer la nécessité d'un échantillonnage fin et précis afin d'apporter des données thermochronologiques de qualité dans le contexte alpin. Cette approche multi-système nous a permi de contrôler la pertinence des données acquises ainsi que d'identifier les sources possibles d'erreurs lors d'études thermochronologiques. RÉSUMÉ LARGE PUBLIC Lors d'une orogenèse, les roches subissent un cycle comprenant une subduction, de la déformation, du métamorphisme et, finalement, un retour à la surface (ou exhumation). L'exhumation résulte de la déformation au sein de la zone de collision, menant à un raccourcissement et un apaissessement de l'édifice rocheux, qui se traduit par une remontée des roches, création d'une topographie et érosion. Puisque l'érosion agit comme un racloir sur la partie supérieure de l'édifice, des tentatives de corrélation entre les épisodes d'exhumation rapide et les périodes d'érosion intensive, dues aux changements climatiques, ont été effectuées. La connaissance de la chronologie et du lieu précis est d'une importance capitale pour une quelconque reconstruction de l'évolution d'une chaîne de montagne. Ces critères sont donnés par un retraçage des changements de la température de la roche en fonction du temps, nous donnant le taux de refroidissement. L'instant auquel les roches ont refroidit, passant une certaine température, est contraint par l'application de techniques de datation par radiométrie. Ces méthodes reposent sur la désintégration des isotopes radiogéniques, tels que l'uranium et le potassium, tous deux abondants dans les roches de la croûte terrestre. Les produits de cette désintégration ne sont pas retenus dans les minéraux hôtes jusqu'au moment du refroidissement de la roche sous une température appelée 'de fermeture' , spécifique à chaque système de datation. Par exemple, la désintégration radioactive des atomes d'uranium et de thorium produit des atomes d'hélium qui s'échappent d'un cristal de zircon à des températures supérieures à 200°C. En mesurant la teneur en uranium-parent, l'hélium accumulé et en connaissant le taux de désintégration, il est possible de calculer à quel moment la roche échantillonnée est passée sous la température de 200°C. Si le gradient géothermal est connu, les températures de fermeture peuvent être converties en profondeurs actuelles (p. ex. 200°C ≈ 7km), et le taux de refroidissement en taux d'exhumation. De plus, en datant par système radiométrique des échantillons espacés verticalement, il est possible de contraindre directement le taux d'exhumation de la section échantillonnée en observant les différences d'âges entre des échantillons voisins. Dans les Alpes suisses, le massif de l'Aar forme une structure orographique majeure. Avec des altitudes supérieures à 4000m et un relief spectaculaire de plus de 2000m, le massif domine la partie centrale de la chaîne de montagne. Les roches aujourd'hui exposées à la surface ont été enfouies à plus de 10 km de profond il y a 20 Ma, mais la topographie actuelle du massif de l'Aar semble surtout s'être développée par un soulèvement actif depuis quelques millions d'années, c'est-à-dire depuis le Néogène supérieur. Cette période comprend un changement climatique soudain ayant touché l'Europe il y a environ 5 Ma et qui a occasionné de fortes précipitations, entraînant certainement une augmentation de l'érosion et accélérant l'exhumation des Alpes. Dans cette étude, nous avons employé le système de datation (U-TH)/He sur zircon, dont la température de fermeture de 200°C est suffisamment basse pour caractériser l'exhumation du Néogène sup. /Pliocène. Les échantillons proviennent du Lötschental et du tunnel ferroviaire le plus profond du monde (NEAT) situé dans la partie ouest du massif de l'Aar. Considérés dans l'ensemble, ces échantillons se répartissent sur un dénivelé de 3000m et des âges de 5.1 à 9.4 Ma. Les échantillons d'altitude supérieure (et donc plus vieux) documentent un taux d'exhumation de 0.4 km/Ma jusqu'à il y a 6 Ma, alors que les échantillons situés les plus bas ont des âges similaires allant de 6 à 5.4 Ma, donnant un taux jusqu'à 3km /Ma. Ces données montrent une accélération dramatique de l'exhumation du massif de l'Aar il y a 6 Ma. L'exhumation miocène sup. du massif prédate donc le changement climatique Pliocène. Cependant, lors de la crise de salinité d'il y a 6-5.3 Ma (Messinien), le niveau de la mer Méditerranée est descendu de 3km. Un tel abaissement de la surface d'érosion peut avoir accéléré l'exhumation des Alpes, mais le bassin sud alpin était trop loin du massif de l'Aar pour influencer son érosion. Nous arrivons à la conclusion que la datation (U-Th)/He permet de contraindre précisément la chronologie et l'exhumation du massif de l'Aar. Concernant la dualité tectonique-érosion, nous suggérons que, dans le cas du massif de l'Aar, la tectonique prédomine.

The relationship between monocarboxylate transporters 1 and 4 expression in skeletal muscle and endurance performance in athletes

The purpose of this study was to examine the relationship between skeletal muscle monocarboxylate transporters 1 and 4 (MCT1 and MCT4) expression, skeletal muscle oxidative capacity and endurance performance in trained cyclists. Ten well-trained cyclists (mean +/- SD; age 24.4 +/- 2.8 years, body mass 73.2 +/- 8.3 kg, VO(2max) 58 +/- 7 ml kg(-1) min(-1)) completed three endurance performance tasks [incremental exercise test to exhaustion, 2 and 10 min time trial (TT)]. In addition, a muscle biopsy sample from the vastus lateralis muscle was analysed for MCT1 and MCT4 expression levels together with the activity of citrate synthase (CS) and 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (HAD). There was a tendency for VO(2max) and peak power output obtained in the incremental exercise test to be correlated with MCT1 (r = -0.71 to -0.74; P < 0.06), but not MCT4. The average power output (P (average)) in the 2 min TT was significantly correlated with MCT4 (r = -0.74; P < 0.05) and HAD (r = -0.92; P < 0.01). The P (average) in the 10 min TT was only correlated with CS activity (r = 0.68; P < 0.05). These results indicate the relationship between MCT1 and MCT4 as well as cycle TT performance may be influenced by the length and intensity of the task.

Echo-time independent signal modulations for strongly coupled systems in triple echo localization schemes: an extension of S-PRESS editing.

The double spin-echo point resolved spectroscopy sequence (PRESS) is a widely used method and standard in clinical MR spectroscopy. Existence of important J-modulations at constant echo times, depending on the temporal delays between the rf-pulses, have been demonstrated recently for strongly coupled spin systems and were exploited for difference editing, removing singlets from the spectrum (strong-coupling PRESS, S-PRESS). A drawback of this method for in vivo applications is that large signal modulations needed for difference editing occur only at relatively long echo times. In this work we demonstrate that, by simply adding a third refocusing pulse (3S-PRESS), difference editing becomes possible at substantially shorter echo times while, as applied to citrate, more favorable lineshapes can be obtained. For the example of an AB system an analytical description of the MR signal, obtained with this triple refocusing sequence (3S-PRESS), is provided.

Organic and inorganic geochemistry of Ljubija siderite deposits, NW Bosnia and Herzegovina

The Ljubija siderite deposits, hosted by a Carboniferous sedimentary complex within the Inner Dinarides, occur as stratabound replacement-type ore bodies in limestone blocks and as siderite-sulfides veins in shale. Three principal types of ore textures have been recognized including massive dark siderite and ankerite, siderite with zebra texture, and siderite veins. The ore and host rocks have been investigated by a combination of inorganic (major, trace, and rare earth element concentrations), organic (characterization of hydrocarbons including biomarkers), and stable isotope geochemical methods (isotope ratios of carbonates, sulfides, sulfates, kerogen, and individual hydrocarbons). New results indicate a marine origin of the host carbonates and a hydrothermal-metasomatic origin of the Fe mineralization. The differences in ore textures (e.g., massive siderite, zebra siderite) are attributed to physicochemical variations (e.g., changes in acidity, temperature, and/or salinity) of the mineralizing fluids and to the succession and intensity of replacement of host limestone. Vein siderite was formed by precipitation from hydrothermal fluids in the late stage of mineralization. The equilibrium fractionation of stable isotopes reveals higher formation temperatures for zebra siderites (around 245A degrees C) then for siderite vein (around 185A degrees C). Sulfur isotope ratios suggest Permian seawater or Permian evaporites as the main sulfur source. Fluid inclusion composition confirms a contribution of the Permian seawater to the mineralizing fluids and accord with a Permian mineralization age. Organic geochemistry data reflect mixing of hydrocarbons at the ore site and support the hydrothermal-metasomatic origin of the Ljubija iron deposits.

Nd-, O-, and H-isotopic evidence for complex, closed-system fluid evolution of the peralkaline Ilimaussaq intrusion, South Greenland

Relatively homogeneous oxygen isotope compositions of amphibole, clinopyroxene, and olivine separates (+5.2 to +5.7parts per thousand relative to VSMOW) and neodymium isotope compositions (epsilon(Nd(T)) = -0.9 to -1.8 for primary magmatic minerals and epsilon(Nd(T)) = -0.1 and -0.5 for mineral separates from late-stage pegmatites and hydrothermal veins) from the alkaline to agpaitic llimaussaq intrusion, South Greenland, indicate a closed system evolution of this igneous complex and support a mantle derivation of the magma. In contrast to the homogeneous oxygen and neodymium isotopic data, deltaD values for hand-picked amphibole separates vary between -92 and -232parts per thousand and are among the most deuterium-depleted values known from igneous amphiboles. The calculated fluid phase coexisting with these amphiboles has a homogeneous oxygen isotopic composition within the normal range of magmatic waters, but extremely heterogeneous and low D/H ratios, implying a decoupling of the oxygen- and hydrogen isotope systems. Of the several possibilities that can account for such unusually low deltaD values in amphiboles (e.g., late-stage hydrothermal exchange with meteoric water, extensive magmatic degassing, contamination with organic matter, and/or effects of Fe-content and pressure on amphibole-water fractionation) the most likely explanation for the range in deltaD values is that the amphiboles have been influenced by secondary interaction and reequilibration with D-depleted fluids obtained through late-magmatic oxidation of internally generated CH(4) and/or H(2). This interpretation is consistent with the known occurrence of abundant magmatic CH(4) in the Ilimaussaq rocks and with previous studies on the isotopic compositions of the rocks and fluids. Copyright (C) 2004 Elsevier Ltd.

Epuration extrarénale continue pour l'insuffisance rénale aiguë aux soins intensifs [Continuous renal replacement therapy for acute kidney injury].

Acute kidney injury is common in critical illness and associated with important morbidity and mortality. Continuous renal replacement therapy (CRRT) enables physicians to safely and efficiently control associated metabolic and fluid balance disorders. The insertion of a large central venous catheter is required, which can be associated with mechanical and infectious complications. CRRT requires anticoagulation, which currently relies on heparin in most cases although citrate could become a standard in a near future. The choice of the substitution fluid depends on the clinical situation. A dose of 25 ml/kg/h is currently recommended.

Controlled nerve growth factor release from multi-ply alginate/chitosan-based nerve conduits.

The delivery kinetics of growth factors has been suggested to play an important role in the regeneration of peripheral nerves following axotomy. In this context, we designed a nerve conduit (NC) with adjustable release kinetics of nerve growth factor (NGF). A multi-ply system was designed where NC consisting of a polyelectrolyte alginate/chitosan complex was coated with layers of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) to control the release of embedded NGF. Prior to assessing the in vitro NGF release from NC, various release test media, with and without stabilizers for NGF, were evaluated to ensure adequate quantification of NGF by ELISA. Citrate (pH 5.0) and acetate (pH 5.5) buffered saline solutions containing 0.05% Tween 20 yielded the most reliable results for ELISA active NGF. The in vitro release experiments revealed that the best results in terms of reproducibility and release control were achieved when the NGF was embedded between two PLGA layers and the ends of the NC tightly sealed by the PLGA coatings. The release kinetics could be efficiently adjusted by accommodating NGF at different radial locations within the NC. A sustained release of bioactive NGF in the low nanogram per day range was obtained for at least 15days. In conclusion, the developed multi-ply NGF loaded NC is considered a suitable candidate for future implantation studies to gain insight into the relationship between local growth factor availability and nerve regeneration.

Determination of oseltamivir and oseltamivir carboxylate in human plasma by liquid chromatography-tandem mass spectrometry

Introduction: Oseltamivir phosphate (OP), the prodrug of oseltamivir carboxylate (OC; active metabolite), is marketed since 10 years for the treatment of seasonal influenza flu. It has recently received renewed attention because of the threat of avian flu H5N1 in 2006-7 and the 2009-10 A/H1N1 pandemic. However, relatively few studies have been published on OP and OC clinical pharmacokinetics. The disposition of OC and the dosage adaptation of OP in specific populations, such as young children or patients undergoing extrarenal epuration, have also received poor attention. An analytical method was thus developed to assess OP and OC plasma concentrations in patients receiving OP and presenting with comorbidities or requiring intensive care. Methods: A high performance liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry method (HPLC-MS/MS) requiring 100-µL aliquot of plasma for quantification within 6 min of OP and OC was developed. A combination of protein precipitation with acetonitrile, followed by dilution of supernant in suitable buffered solvent was used as an extraction procedure. After reverse phase chromatographic separation, quantification was performed by electro-spray ionization-triple quadrupole mass spectrometry. Deuterated isotopic compounds of OP and OC were used as internal standards. Results: The method is sensitive (lower limit of quantification: 5 ng/mL for OP and OC), accurate (intra-/inter-assay bias for OP and OC: 8.5%/5.5% and 3.7/0.7%, respectively) and precise (intra-/inter-assay CV%: 5.2%/6.5% and 6.3%/9.2%, respectively) over the clinically relevant concentration range (upper limits of quantification 5000 ng/mL). Of importance, OP, as in other previous reports, was found not to be stable ex vivo in plasma on standard anticoagulants (i.e. EDTA, heparin or citrate). This poor stability of OP has been prevented by collecting blood samples on commercial fluoride/oxalate tubes. Conclusions: This new simple, rapid and robust HPLC-MS/MS assay for quantification of OP and OC plasma concentrations offers an efficient tool for concentration monitoring of OC. Its exposure can probably be controlled with sufficient accuracy by thorough dosage adjustment according to patient characteristics (e.g. renal clearance). The usefulness of systematic therapeutic drug monitoring in patients appears therefore questionable. However, pharmacokinetic studies are still needed to extend knowledge to particular subgroups of patients or dosage regimens.

Two-stage, extreme albitization of A-type granites from Rajasthan, NW India

Albitization is a common process during which hydrothermal fluids convert plagioclase and/or K-feldspar into nearly pure albite; however, its specific mechanism in granitoids is not well understood. The c. 1700 Ma A-type metaluminous ferroan granites in the Khetri complex of Rajasthan, NW India, have been albitized to a large extent by two metasomatic fronts, an initial transformation of oligoclase to nearly pure albite and a subsequent replacement of microcline by albite, with sharp contacts between the microcline-bearing and microcline-free zones. Albitization has bleached the original pinkish grey granite and turned it white. The mineralogical changes include transformation of oligoclase (similar to An(12)) and microcline (similar to Or(95)) to almost pure albite (similar to An(0 center dot 5-2)), amphibole from potassian ferropargasite (X-Fe 0 center dot 84-0 center dot 86) to potassic hastingsite (X-Fe 0 center dot 88-0 center dot 97) and actinolite (X-Fe 0 center dot 32-0 center dot 67), and biotite from annite (X-Fe 0 center dot 71-0 center dot 74) to annite (X-Fe 0 center dot 90-0 center dot 91). Whole-rock isocon diagrams show that, during albitization, the granites experienced major hydration, slight gain in Si and major gain in Na, whereas K, Mg, Fe and Ca were lost along with Rb, Ba, Sr, Zn, light rare earth elements and U. Whole-rock Sm-Nd isotope data plot on an apparent isochron of 1419 +/- 98 Ma and reveal significant disturbance and at least partial resetting of the intrusion age. Severe scatter in the whole-rock Rb-Sr isochron plot reflects the extreme Rb loss in the completely albitized samples, effectively freezing Sr-87/Sr-86 ratios in the albite granites at very high values (0 center dot 725-0 center dot 735). This indicates either infiltration of highly radiogenic Sr from the country rock or, more likely, radiogenic ingrowth during a considerable time lag (estimated to be at least 300 Myr) between original intrusion and albitization. The albitization took place at similar to 350-400 degrees C. It was caused by the infiltration of an ascending hydrothermal fluid that had acquired high Na/K and Na/Ca ratios during migration through metamorphic rocks at even lower temperatures in the periphery of the plutons. Oxygen isotope ratios increase from delta O-18 = 7 parts per thousand in the original granite to values of 9-10 parts per thousand in completely albitized samples, suggesting that the fluid had equilibrated with surrounding metamorphosed crust. A metasomatic model, using chromatographic theory of fluid infiltration, explains the process for generating the observed zonation in terms of a leading metasomatic front where oligoclase of the original granite is converted to albite, and a second, trailing front where microcline is also converted to albite. The temperature gradients driving the fluid infiltration may have been produced by the high heat production of the granites themselves. The confinement of the albitized granites along the NE-SW-trending Khetri lineament and the pervasive nature of the albitization suggest that the albitizing fluids possibly originated during reactivation of the lineament. More generally, steady-state temperature gradients induced by the high internal heat production of A-type granites may provide the driving force for similar metasomatic and ore-forming processes in other highly enriched granitoid bodies.

Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post- solidus reequilibration on cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Iron oxides in plinthic soils on sedimentary deposits in northeastern Brazil

This study was conducted to examine the distribution and nature of Fe oxides in plinthic soils on the sediments of Barreiras Group (in the state of Piauí) and Itapecuru Formation (in the state of Maranhão) in Northeastern Brazil. Four pedons were selected: a "plinthic, dystrophic, epieutrophic Gray Podzolic with low activity clay" and a "dystrophic Plinthosol with low activity clay" (both Plinthic Kandiustalfs) on the Barreiras sediments, as well as an "eutrophic Plinthosol with low activity clay" and an "allic Plinthosol with low activity clay" (both Plinthustalfs) on the Itapecuru sediments. Soil samples were fractionated into > 2 mm (pisoliths), water-stable aggregates (plinthite) and matrices; the aggregates and matrices were further fractionated into sand, silt and clay sizes. Dithionite extractable iron (Fe d) and aluminum (Al d), as well as oxalate extractable iron (Fe o), were determined for all fractions, and X-ray diffraction analyses were performed on the pisoliths. It was observed that the Plinthustalfs contain more iron oxides, exhibit more extensive plinthite development and have a greater potential for further plinthite development than the Kandiustalfs. The distribution of values for the Fe d indicates that plinthite formation and induration in all soils were accompanied by an enrichment of Fe oxides in all particle size fractions. This Fe segregation was accompanied by aggregation of particles leading to a greater degree of crystallinity, as indicated by analysis of the ratios of Al d:Fe d. Larger ratios of goethite to hematite, and relatively smaller amounts of silicates in the more mature pisoliths were revealed by X-ray diffraction analysis. Ratios of Al d:Fe d were larger in the Kandiustalfs than in the Plinthustalfs, and also larger than expected for Al-substituted Fe oxides. According to ratios of Al d:Fe d, Fe mobilization in all soils has likely occurred under reducing conditions, facilitated by organic matter on the soil surface.

Emplacement of Jurassic - Lower Cretaceous radiolarites of the Nicoya Complex (Costa Rica)

We present a new model to explain the origin, emplacement and stratigraphy of the Nicoya Complex in the NW part of the Nicoya Peninsula (Costa Rica) based on twenty-five years of field work, accompanied with the evolution of geochemical, vulcanological, petrological, sedimentological and paleontological paradigms. The igneous-sedimentary relation, together with radiolarian biochronology of the NW-Nicoya Peninsula is re-examined. We interpret the Nicoya Complex as a cross-section of a fragment of the Late Cretaceous Caribbean Plateau, in which the deepest levels are exposed in the NW-Nicoya Peninsula. Over 50% of the igneous rocks are intrusive (gabbros and in less proportion plagiogranites) which have a single mantle source; the remainder are basalts with a similar geochemical signature. Ar39/Ar40 radioisotopic whole rock and plagioclase ages range throughout the area from 84 to 83 Ma (Santonian) for the intrusives, and from 139 to 88 Ma (Berriasian-Turonian) for the basalts. In contrast, Mn-radiolarites that crop out in the area are older in age, Bajocian (Middle Jurassic) to Albian (middle Cretaceous). These Mn-radiolaritic blocks are set in a "matrix" of multiple gabbros and diabases intrusions. Chilled margins of magmatites, and hydrothermal baking and leaching of the radiolarites confirm the Ar39/Ar40 dating of igneous rocks being consistently younger than most of the radiolarian cherts. No Jurassic magmatic basement has been identified on the Nicoya Peninsula. We interpret the Jurassic-Cretaceous chert sediment pile to have been disrupted and detached from its original basement by multiple magmatic events that occurred during the formation of the Caribbean Plateau. Coniacian-Santonian (Late Cretaceous), Fe-rich radiolarites are largely synchronous and associated with late phases of the Plateau.

Kinetics of K release from soils of Brazilian coffee regions: effect of organic acids

Kinetic studies on soil potassium release can contribute to a better understanding of K availability to plants. This study was conducted to evaluate K release rates from the whole soil, clay, silt, and sand fractions of B-horizon samples of a basalt-derived Oxisol and a sienite-derived Ultisol, both representative soils from coffee regions of Minas Gerais State, Brazil. Potassium was extracted from each fraction after eight different shaking time periods (0-665 h) with either 0.001 mol L-1 citrate or oxalate at a 1:10 solid:solution ratio. First-order, Elovich, zero-order, and parabolic diffusion equations were used to parameterize the time dependence of K release. For the Oxisol, the first-order equation fitted best to the experimental data of K release, with similar rates for all fractions and independent of the presence of citrate or oxalate in the extractant solution. For all studied Ultisol fractions, in which K release rates increased when extractions were performed with citrate solution, the Elovich model described K release kinetics most adequately. The highest potassium release rate of the Ultisol silt fraction was probably due to the transference of "non-exchangeable" K to the extractant solution, whereas in the Oxisol exchangeable potassium represented the main K source in all studied fractions.

Effect of collection and preprocessing methods on neutrophil elastase plasma concentrations.

OBJECTIVES: Elevated plasma levels of the elastase alpha 1-proteinase inhibitor complex (E-alpha 1 PI) have been proposed as a marker of bacterial infection and neutrophil activation. Liberation of elastase from neutrophils after collection of blood may cause falsely elevated results. Collection methods have not been validated for critically ill neonates and children. We evaluated the influence of preanalytical methods on E-alpha 1 PI results including the recommended collection into EDTA tubes. DESIGN AND METHODS: First, we compared varying acceleration speeds and centrifugation times. Centrifugation at 1550 g for 3 min resulted in reliable preparation of leukocyte free plasma. Second, we evaluated all collection tubes under consideration for absorption of E-alpha 1 PI. Finally, 12 sets of samples from healthy adults and 42 sets obtained from critically ill neonates and children were distributed into the various sampling tubes. Samples were centrifuged within 15 min of collection and analyzed with a new turbidimetric assay adapted to routine laboratory analyzers. RESULTS: One of the two tubes containing a plasma-cell separation gel absorbed 22.1% of the E-alpha 1 PI content. In the remaining tubes without absorption of E-alpha 1 PI no differences were observed for samples from healthy adult patients. However, in samples from critically ill neonates or children, significantly higher results were obtained for plain Li-heparin tubes (mean = 183 micrograms/L), EDTA tubes (mean = 93 micrograms/L), and citrate tubes (mean = 88.5 micrograms/L) than for the Li-hep tube with cell-plasma separation gel and no absorption of E-alpha 1 PI (mean = 62.4 micrograms/L, p < 0.01). CONCLUSION: Contrary to healthy adults, E-alpha 1 PI results in plasma samples from critically ill neonates and children depend on the type of collection tube.