Paleontological studies of Cretaceous vertebrate fossil beds in the Tataouine Basin (southern Tunisia)

The ‘Continental Intercalaire’ deposits of the Tataouine basin of southern Tunisia preserve one of the most diverse Cretaceous vertebrate fauna from Africa. This research project focuses on a detailed revision of the stratigraphic distribution of mid-Cretaceous fossil beds in the Tataouine Basin and includes the description of four, newly discovered vertebrate tracksites. In the Tataouine region, macro- and microvertebrate remains are recovered from three stratigraphic intervals: the lower Douiret Formation (Barremian), the Chenini (rare) and Oum ed Diab members of the Aïn El Guettar Formation (Albian). A detailed, basin-scale revision of the stratigraphic occurrence of fossil-bearing strata indicates 1. lateral facies variability within the context of a low gradient, circalittoral to coastal-plain environment; 2. multiple and diachronous fossil beds which include elasmobranchs, actinopterygians, sarcopterygians, turtles, crocodyliforms, pterosaurs, and non-avian dinosaurs remains. Four vertebrate tracksites have been discovered in the study area: 1. the Middle Jurassic Beni Ghedir site which preserves approximately 130 tridactyl footprints distributed over an area of 200 square meters, representing the oldest evidence of a dinosaur fauna in Tunisia; 2. the late Albian Chenini tracksite, which includes poorly preserved crocodilian tracks and the dinosaur ichnospecies Apulosauripus federicianus; 3. the Cenomanian Ksar Ayaat locality, where footprints assigned to a pleurodiran turtle are exposed, and 4. the upper Cenomanian Jebel Boulouha site which presents almost 100 well-preserved tridactyl tracks referred to small-sized theropods, fossil bird tracks - ichnogenus Koreanaorins – and tracks referred to a mammalian trackmaker, representing the first report of fossil bird and mammal from the Cretaceous of continental Africa and Tunisia respectively. In addition, data collected from the Tunisian tracksites have been compared with coeval tracksites in Italy and Croatia, showing analogies in morphology and paleoenvironment of dinosaur ichnoassociations, supporting the already hypothesized subaerial connection between these areas during the mid-Cretaceous.

Toward a Magnitude Scale for Low Frequency Seismicity The LP energy for Campi Flegrei caldera

The energy released during a seismic crisis in volcanic areas is strictly related to the physical processes in the volcanic structure. In particular Long Period seismicity, that seems to be related to the oscillation of a fluid-filled crack (Chouet , 1996, Chouet, 2003, McNutt, 2005), can precedes or accompanies an eruption. The present doctoral thesis is focused on the study of the LP seismicity recorded in the Campi Flegrei volcano (Campania, Italy) during the October 2006 crisis. Campi Flegrei Caldera is an active caldera; the combination of an active magmatic system and a dense populated area make the Campi Flegrei a critical volcano. The source dynamic of LP seismicity is thought to be very different from the other kind of seismicity ( Tectonic or Volcano Tectonic): it’s characterized by a time sustained source and a low content in frequency. This features implies that the duration–magnitude, that is commonly used for VT events and sometimes for LPs as well, is unadapted for LP magnitude evaluation. The main goal of this doctoral work was to develop a method for the determination of the magnitude for the LP seismicity; it’s based on the comparison of the energy of VT event and LP event, linking the energy to the VT moment magnitude. So the magnitude of the LP event would be the moment magnitude of a VT event with the same energy of the LP. We applied this method to the LP data-set recorded at Campi Flegrei caldera in 2006, to an LP data-set of Colima volcano recorded in 2005 – 2006 and for an event recorded at Etna volcano. Experimenting this method to lots of waveforms recorded at different volcanoes we tested its easy applicability and consequently its usefulness in the routinely and in the quasi-real time work of a volcanological observatory.

Paleosol-based stratigraphy of late Quaternary deposits from the Po basin, between Bologna and the Po river (Northern Italy)

Stratigraphic studies carried out over the last decades in Italy and elsewhere testify a growing interest in Quaternary deposits and in the influence of climate change on their architecture. The subsurface of the Po Plain, in its topmost portion, is made up of alluvial deposits organized in depositional cycles at different scales. This PhD thesis provides millennial-scale stratigraphic reconstruction of the Late Pleistocene-Holocene deposits beneath the southern Po Plain, based on basin-scale correlation of laterally-extensive buried soil horizons. Far from the aim of characterizing palaeosols from a mineralogical and geochemical point of view, we focused on the physical and stratigraphic significance of these horizons. In the Bologna urban area, which hosts an abundance of stratigraphic data, the correlation between seventeen continuously-cored boreholes led to the identification of five vertically-stacked palaeosol-bounded sequences within the 14C time window. In a wide portion of the alluvial plain north of Bologna, far away from the Apenninic margin and from the Po River, where subsurface stratigraphic architecture is dominated by markedly lenticular sediment bodies, palaeosols revealed to be the only stratigraphic marker of remarkable lateral continuity. These horizons are characterized by peculiar resistance values, which make them easily identifiable via pocket penetration tests. Palaeosols reveal specific geometric relationships with the associated alluvial facies associations, allowing reliable estimates of soil development as a function of alluvial dynamics. With the aid of sixty new radiocarbon dates, a reliable age attribution and likely time intervals of exposure were assigned to each palaeosol. Vertically-stacked palaeosols delimitate short-term depositional cycles, likely related to the major episodes of climatic change of the last 40 ky. Through integration of stratigraphic data with 750 archaeological reports from the Bologna area, the impact of human settlements on depositional and pedogenic processes during the late Holocene was investigated.

Abflusslose Senken – Instrumente in der Landschaftsanalyse und Indikatoren rezenter Krustenbewegungen

Innerhalb des Untersuchungsgebiets Schleswig-Holstein wurden 39.712 topographische Hohlformen detektiert. Genutzt wurden dazu ESRI ArcMap 9.3 und 10.0. Der Datenaufbereitung folgten weitere Kalkulationen in MATLAB R2010b. Jedes Objekt wurde räumlich mit seinen individuellen Eigenschaften verschnitten. Dazu gehörten Fläche, Umfang, Koordinaten (Zentroide), Tiefe und maximale Tiefe der Hohlform und Formfaktoren wie Rundheit, Konvexität und Elongation. Ziel der vorgestellten Methoden war die Beantwortung von drei Fragestellungen: Sind negative Landformen dazu geeignet Landschaftseinheiten und Eisvorstöße zu unterscheiden und zu bestimmen? Existiert eine Kopplung von Depressionen an der rezenten Topographie zu geologischen Tiefenstrukturen? Können Senken unterschiedlicher Entstehung anhand ihrer Formcharakteristik unterteilt werden? Die vorgenommene Klassifikation der großen Landschaftseinheiten basiert auf der Annahme, dass sowohl Jungmoränengebiete, ihre Vorflächen als auch Altmoränengebiete durch charakteristische, abflusslose Hohlformen, wie Toteislöcher, Seen, etc. abgegrenzt werden können. Normalerweise sind solche Depressionen in der Natur eher selten, werden jedoch für ehemalige Glaziallandschaften als typisch erachtet. Ziel war es, die geologischen Haupteinheiten, Eisvorstöße und Moränengebiete der letzten Vereisungen zu differenzieren. Zur Bearbeitung wurde ein Detektionsnetz verwendet, das auf quadratischen Zellen beruht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die alleinige Nutzung von Depressionen zur Klassifizierung von Landschaftseinheiten Gesamtgenauigkeiten von bis zu 71,4% erreicht werden können. Das bedeutet, dass drei von vier Detektionszellen korrekt zugeordnet werden können. Jungmoränen, Altmoränen, periglazialeVorflächen und holozäne Bereiche können mit Hilfe der Hohlformen mit großer Sicherheit voneinander unterschieden und korrekt zugeordnet werden. Dies zeigt, dass für die jeweiligen Einheiten tatsächlich bestimmte Senkenformen typisch sind. Die im ersten Schritt detektierten Senken wurden räumlich mit weiterreichenden geologischen Informationen verschnitten, um zu untersuchen, inwieweit natürliche Depressionen nur glazial entstanden sind oder ob ihre Ausprägung auch mit tiefengeologischen Strukturen in Zusammenhang steht. 25.349 (63,88%) aller Senken sind kleiner als 10.000 m² und liegen in Jungmoränengebieten und können vermutlich auf glaziale und periglaziale Einflüsse zurückgeführt werden. 2.424 Depressionen liegen innerhalb der Gebiete subglazialer Rinnen. 1.529 detektierte Hohlformen liegen innerhalb von Subsidenzgebieten, von denen 1.033 innerhalb der Marschländer im Westen verortet sind. 919 große Strukturen über 1 km Größe entlang der Nordsee sind unter anderem besonders gut mit Kompaktionsbereichen elsterzeitlicher Rinnen zu homologisieren.344 dieser Hohlformen sind zudem mit Tunneltälern im Untergrund assoziiert. Diese Parallelität von Depressionen und den teils über 100 m tiefen Tunneltälern kann auf Sedimentkompaktion zurückgeführt werden. Ein Zusammenhang mit der Zersetzung postglazialen, organischen Materials ist ebenfalls denkbar. Darüber hinaus wurden in einer Distanz von 10 km um die miozän aktiven Flanken des Glückstadt-Grabens negative Landformen detektiert, die Verbindungen zu oberflächennahen Störungsstrukturen zeigen. Dies ist ein Anzeichen für Grabenaktivität während und gegen Ende der Vereisung und während des Holozäns. Viele dieser störungsbezogenen Senken sind auch mit Tunneltälern assoziiert. Entsprechend werden drei zusammenspielende Prozesse identifiziert, die mit der Entstehung der Hohlformen in Verbindung gebracht werden können. Eine mögliche Interpretation ist, dass die östliche Flanke des Glückstadt-Grabens auf die Auflast des elsterzeitlichen Eisschilds reagierte, während sich subglazial zeitgleich Entwässerungsrinnen entlang der Schwächezonen ausbildeten. Diese wurden in den Warmzeiten größtenteils durch Torf und unverfestigte Sedimente verfüllt. Die Gletschervorstöße der späten Weichselzeit aktivierten erneut die Flanken und zusätzlich wurde das Lockermaterial exariert, wodurch große Seen, wie z. B. der Große Plöner See entstanden sind. Insgesamt konnten 29 große Depressionen größer oder gleich 5 km in Schleswig-Holstein identifiziert werden, die zumindest teilweise mit Beckensubsidenz und Aktivität der Grabenflanken verbunden sind, bzw. sogar auf diese zurückgehen.Die letzte Teilstudie befasste sich mit der Differenzierung von Senken nach deren potentieller Genese sowie der Unterscheidung natürlicher von künstlichen Hohlformen. Dazu wurde ein DEM für einen Bereich im Norden Niedersachsens verwendet, das eine Gesamtgröße von 252 km² abdeckt. Die Ergebnisse zeigen, dass glazial entstandene Depressionen gute Rundheitswerte aufweisen und auch Elongation und Exzentrizität eher kompakte Formen anzeigen. Lineare negative Strukturen sind oft Flüsse oder Altarme. Sie können als holozäne Strukturen identifiziert werden. Im Gegensatz zu den potentiell natürlichen Senkenformen sind künstlich geschaffene Depressionen eher eckig oder ungleichmäßig und tendieren meist nicht zu kompakten Formen. Drei Hauptklassen topographischer Depressionen konnten identifiziert und voneinander abgegrenzt werden: Potentiell glaziale Senken (Toteisformen), Flüsse, Seiten- und Altarme sowie künstliche Senken. Die Methode der Senkenklassifikation nach Formparametern ist ein sinnvolles Instrument, um verschiedene Typen unterscheiden zu können und um bei geologischen Fragestellungen künstliche Senken bereits vor der Verarbeitung auszuschließen. Jedoch zeigte sich, dass die Ergebnisse im Wesentlichen von der Auflösung des entsprechenden Höhenmodells abhängen.

Molecular genetic investigation of the Neolithic population history in the western Carpathian Basin

Der Fokus dieser Dissertation ist die populationsgenetische Analyse der neolithischen Bevölkerungswechsel in den 6.-5. Jahrtausende vor Christus, die im westlichen Karpatenbecken stattfanden. Die Zielsetzung der Studie war, mittels der Analyse von mitochondrialer und Y-chromosomaler aDNA, den Genpool der sechs neolithischen und kupferzeitlichen Populationen zu untersuchen und die daraus resultierenden Ergebnisse mit anderen prähistorischen und modernen genetischen Daten zu vergleichen.rnInsgesamt wurden 323 Individuen aus 32 ungarischen, kroatischen und slowakischen Fundplätzen beprobt und bearbeitet in den archäogenetischen Laboren der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz. Die DNA Ergebnisse wurden mit verschiedenen populationsgenetischen Methoden ausgewertet. Vergleichsdaten von prähistorischen und modernen eurasiatischen Populationen wurden dazu gesammelt.rnDie HVS-I Region der mitochondrialen DNA konnten bei 256 Individuen reproduziert und authentifiziert werden (mit einer Erfolgsrate von 85.9%). Die Typisierung der HVS-II Region war in 80 Fällen erfolgreich. Testend alle gut erhaltene Proben, die Y-chromosomale Haplogruppe konnte in 33 männlichen Individuen typisiert werden.rnDie neolithischen, mitochondrialen Haplogruppen deuten auf eine hohe Variabilität des maternalen Genpools hin. Sowohl die mitochondrialen als auch die Y-chromosomalen Daten lassen Rückschlüsse auf eine nah-östliche bzw. südwestasiatische Herkunft der frühen Bauern zu. Die Starčevo- und linearbandkermaischen-Populationen in westlichem Karpatenbecken (letztere abgekürzt als LBKT) und die linearbandkermaischen-Population in Mitteleuropa (LBK) haben so starke genetische Ähnlichkeit, dass die Verbreitung der LBK nach Mitteleuropa mit vorangegangenen Wanderungsereignissen zu erklären ist. Die Transdanubische aDNA Daten zeigen hohe Affinität zu den publizierten prähistorischen aDNA Datensätzen von Mitteleuropa aus den 6.-4. Jahrtausende vor Chr. Die maternal-genetische Variabilität der Starčevo-Population konnte auch innerhalb der nachfolgenden Populationen Transdanubiens festgestellt werden. Nur kleinere Infiltrationen und Immigrationsereignissen konnten während der Vinča-, LBKT-, Sopot- und Balaton-Lasinja-Kultur in Transdanubien identifiziert werden. Zwischen den transdanubischen Regionen konnten mögliche genetische Unterschiede nur in der LBKT und in der Lengyel-Periode beobachtet werden, als sich die nördlichen Gruppen von den südlichen Populationen trennten. rnDie festgestellte Heterogenität der mtDNA in Zusammenhang mit der Y-chromosomalen Homogenität in den Starčevo- und LBK-Populationen, weisen auf patrilokale Residenzregeln und patrilineare Abstammungsregeln in den ersten Bauergemeinschaften hin. rnObwohl die hier präsentierten Daten einen großen Fortschritt in der Forschung von aDNA und Neolithikum des Karpatenbeckens und Mitteleuropas bedeuten, werfen sie auch mehrere Fragen auf, deren Beantwortung durch zukünftige Genomforschungen erbracht werden könnte.

Miocene basin development and volcanism along a strike-slip to flat-slab subduction transition: Stratigraphy, geochemistry, and geochronology of the central Wrangell volcanic belt, Yakutat-North America collision zone

New geochronologic, geochemical, sedimentologic, and compositional data from the central Wrangell volcanic belt (WVB) document basin development and volcanism linked to subduction of overthickened oceanic crust to the northern Pacific plate margin. The Frederika Formation and overlying Wrangell Lavas comprise >3 km of sedimentary and volcanic strata exposed in the Wrangell Mountains of south-central Alaska (United States). Measured stratigraphic sections and lithofacies analyses document lithofacies associations that reflect deposition in alluvial-fluvial-lacustrine environments routinely influenced by volcanic eruptions. Expansion of intrabasinal volcanic centers prompted progradation of vent-proximal volcanic aprons across basinal environments. Coal deposits, lacustrine strata, and vertical juxtaposition of basinal to proximal lithofacies indicate active basin subsidence that is attributable to heat flow associated with intrabasinal volcanic centers and extension along intrabasinal normal faults. The orientation of intrabasinal normal faults is consistent with transtensional deformation along the Totschunda-Fairweather fault system. Paleocurrents, compositional provenance, and detrital geochronologic ages link sediment accumulation to erosion of active intrabasinal volcanoes and to a lesser extent Mesozoic igneous sources. Geochemical compositions of interbedded lavas are dominantly calc-alkaline, range from basaltic andesite to rhyolite in composition, and share geochemical characteristics with Pliocene-Quaternary phases of the western WVB linked to subduction-related magmatism. The U/Pb ages of tuffs and Ar-40/Ar-39 ages of lavas indicate that basin development and volcanism commenced by 12.5-11.0 Ma and persisted until at least ca. 5.3 Ma. Eastern sections yield older ages (12.5-9.3 Ma) than western sections (9.6-8.3 Ma). Samples from two western sections yield even younger ages of 5.3 Ma. Integration of new and published stratigraphic, geochronologic, and geochemical data from the entire WVB permits a comprehensive interpretation of basin development and volcanism within a regional tectonic context. We propose a model in which diachronous volcanism and transtensional basin development reflect progressive insertion of a thickened oceanic crustal slab of the Yakutat microplate into the arcuate continental margin of southern Alaska coeval with reported changes in plate motions. Oblique northwestward subduction of a thickened oceanic crustal slab during Oligocene to Middle Miocene time produced transtensional basins and volcanism along the eastern edge of the slab along the Duke River fault in Canada and subduction-related volcanism along the northern edge of the slab near the Yukon-Alaska border. Volcanism and basin development migrated progressively northwestward into eastern Alaska during Middle Miocene through Holocene time, concomitant with a northwestward shift in plate convergence direction and subduction collision of progressively thicker crust against the syntaxial plate margin.

Provenance signature of a forearc basin modified by spreading ridge subduction: Detrital zircon geochronology and detrital modes from the Paleogene Arkose Ridge Formation, southern Alaska

Upper Paleocene–Eocene boulder conglomerate, cross-stratified sandstone, and laminated carbonaceous mudstone of the Arkose Ridge Formation exposed in the southern Talkeetna Mountains record fluvial-lacustrine deposition proximal to the volcanic arc in a forearc basin modified by Paleogene spreading ridge subduction beneath southern Alaska. U-Pb ages of detrital zircon grains and modal analyses were obtained from stratigraphic sections spanning the 2,000 m thick Arkose Ridge Formation in order to constrain the lithology, age, and location of sediment sources that provided detritus. Detrital modes from 24 conglomerate beds and 54 sandstone thin sections aredominated by plutonic and volcanic clasts and plagioclase feldspar with minor quartz, schist, hornblende, argillite, and metabasalt. Westernmost sandstone and conglomerate strata contain <5% volcanic clasts whereas easternmost sandstone and conglomerate strata contain 40 to >80% volcanic clasts. Temporally, eastern sandstones andconglomerates exhibit an upsection increase in volcanic detritus from <40 to >80% volcanic clasts. U-Pb ages from >1400 detrital zircons in 15 sandstone samples reveal three main populations: late Paleocene–Eocene (60-48 Ma; 16% of all grains), Late Cretaceous–early Paleocene (85–60 Ma; 62%) and Jurassic–Early Cretaceous (200–100 Ma; 12%). A plot of U/Th vs U-Pb ages shows that >97% of zircons are <200 Ma and>99% of zircons have <10 U/Th ratios, consistent with mainly igneous source terranes. Strata show increased enrichment in late Paleocene–Eocene detrital zircons from <2% in the west to >25% in the east. In eastern sections, this younger age population increases temporally from 0% in the lower 50 m of the section to >40% in samples collected >740 m above the base. Integration of the compositional and detrital geochronologic data suggests: (1) Detritus was eroded mainly from igneous sources exposed directly north of the Arkose Ridge Formation strata, mainly Jurassic–Paleocene plutons and Paleocene–Eocenevolcanic centers. Subordinate metamorphic detritus was eroded from western Mesozoic low-grade metamorphic sources. Subordinate sedimentary detritus was eroded from eastern Mesozoic sedimentary sources. (2) Eastern deposystems received higher proportions of juvenile volcanic detritus through time, consistent with construction of adjacent slab-window volcanic centers during Arkose Ridge Formation deposition. (3)Western deposystems transported detritus from Jurassic–Paleocene arc plutons that flank the northwestern basin margin. (4) Metasedimentary strata of the Chugach accretionaryprism, exposed 20-50 km south of the Arkose Ridge Formation, did not contribute abundant detritus. Conventional provenance models predict reduced input of volcanic detritus to forearc basins during exhumation of the volcanic edifice and increasing exposure ofsubvolcanic plutons (Dickinson, 1995; Ingersoll and Eastmond, 2007). In the forearc strata of these conventional models, sandstone modal analyses record progressive increases upsection in quartz and feldspar concomitant with decreases in lithic grains, mainly volcanic lithics. Additionally, as the arc massif denudes through time, theyoungest detrital U-Pb zircon age populations become significantly older than the age of forearc deposition as the arc migrates inboard or ceases magmatism. Westernmost strata of the Arkose Ridge Formation are consistent with this conventional model. However, easternmost strata of the Arkose Ridge Formation contain sandstone modes that record an upsection increase in lithic grains accompanied by a decrease in quartz and feldspar, and detrital zircon age populations that closely match the age of deposition. This deviation from the conventional model is due to the proximity of the easternmost strata to adjacent juvenile volcanic rocks emplaced by slab-window volcanic processes. Provenance data from the Arkose Ridge Formation show that forearc basins modified by spreading ridge subduction may record upsection increases in non-arc, syndepositional volcanic detritusdue to contemporaneous accumulation of thick volcanic sequences at slab-window volcanic centers. This change may occur locally at the same time that other regions of the forearc continue to receive increasing amounts of plutonic detritus as the remnant arc denudes, resulting in complex lateral variations in forearc basin petrofacies and chronofacies.