Fluid-rock-strain feedbacks in extensional shear zones

La présence de fluide météorique synchrone à l'activité du détachement (Farmin, 2003 ; Mulch et al., 2007 ; Gébelin et al., 2011), implique que les zones de cisaillement sont des systèmes ouverts avec des cellules de convections à l'échelle crustale et un intense gradient géothermique au sein du détachement (Morrison et Anderson, 1998, Gottardi et al., 2011). De plus, les réactions métamorphiques liées à des infiltrations fluides dans les zones de cisaillement extensionnel peuvent influencer les paramètres rhéologiques du système (White and Knipe, 1978), et impliquer la localisation de la déformation dans la croûte. Dans ce manuscrit, deux zones de cisaillement infiltrées par des fluides météoriques sont étudiées, l'une étant largement quartzitique, et l'autre de nature granitique ; les relations entre déformation, fluides, et roches s'appuient sur des approches structurales, microstructurales, chimiques et isotopiques. L'étude du détachement du Columbia river (WA, USA) met en évidence que la déformation mylonitique se développe en un million d'années. La phase de cisaillement principal s'effectue à 365± 30°C d'après les compositions isotopiques en oxygène du quartz et de la muscovite. Ces minéraux atteignent l'équilibre isotopique lors de leur recristallisation dynamique contemporaine à la déformation. La zone de cisaillement enregistre une baisse de température, remplaçant le mécanisme de glissement par dislocation par celui de dissolution- précipitation dans les derniers stades de l'activité du détachement. La dynamique de circulation fluide bascule d'une circulation pervasive à chenalisée, ce qui engendre localement la rupture des équilibres d'échange isotopiques. La zone de cisaillement de Bitterroot (MT, USA) présente une zone mylonitique de 600m d'épaisseur, progressant des protomylonites aux ultramylonites. L'intensité de la localisation de la déformation se reflète directement sur l'hydratation des feldspaths, réaction métamorphique majeure dite de « rock softening ». Une étude sur roche totale indique des transferts de masse latéraux au sein des mylonites, et d'importantes pertes de volume dans les ultramylonites. La composition isotopique en hydrogène des phyllosilicates met en évidence la présence (1) d'une source magmatique/métamorphique originelle, caractérisée par les granodiorites ayant conservé leur foliation magmatique, jusqu'aux protomylonites, et (2) une source météorique qui tamponne les valeurs des phyllosilicates des fabriques mylonitiques jusqu'aux veines de quartz non-déformées. Les compositions isotopiques en oxygène des minéraux illustrent le tamponnement de la composition du fluide météorique par l'encaissant. Ce phénomène cesse lors du processus de chloritisation de la biotite, puisque les valeurs des chlorites sont extrêmement négatives (-10 per mil). La thermométrie isotopique indique une température d'équilibre isotopique de la granodiorite entre 600-500°C, entre 500-300°C dans les mylonites, et entre 300 et 200°C dans les fabriques cassantes (cataclasites et veines de quartz). Basé sur les résultats issus de ce travail, nous proposons un modèle général d'interactions fluide-roches-déformation dans les zones de détachements infiltrées par des fluides météoriques. Les zones de détachements évoluent rapidement (en quelques millions d'années) au travers de la transition fragile-ductile ; celle-ci étant partiellement contrôlée par l'effet thermique des circulations de fluide météoriques. Les systèmes de détachements sont des lieux où la déformation et les circulations fluides sont couplées ; évoluant rapidement vers une localisation de la déformation, et de ce fait, une exhumation efficace. - The presence of meteoric fluids synchronous with the activity of extensional detachment zones (Famin, 2004; Mulch et al., 2007; Gébelin et al., 2011) implies that extensional systems involve fluid convection at a crustal scale, which results in high geothermal gradients within active detachment zones (Morrison and Anderson, 1998, Gottardi et al., 2011). In addition, the metamorphic reactions related to fluid infiltration in extensional shear zones can influence the rheology of the system (White and Knipe, 1978) and ultimately how strain localizes in the crust. In this thesis, two shear zones that were permeated by meteoric fluids are studied, one quartzite-dominated, and the other of granitic composition; the relations between strain, fluid, and evolving rock composition are addressed using structural, microstructural, and chemical/isotopic measurements. The study of the Columbia River detachment that bounds the Kettle core complex (Washington, USA) demonstrates that the mylonitic fabrics in the 100 m thick quartzite- dominated detachment footwall developed within one million years. The main shearing stage occurred at 365 ± 30°C when oxygen isotopes of quartz and muscovite equilibrated owing to coeval deformation and dynamic recrystallization of these minerals. The detachment shear zone records a decrease in temperature, and dislocation creep during detachment shearing gave way to dissolution-precipitation and fracturing in the later stages of detachment activity. Fluid flow switched from pervasive to channelized, leading to isotopic disequilibrium between different minerals. The Bitterroot shear zone detachment (Montana, USA) developed a 600 m thick mylonite zone, with well-developed transitions from protomylonite to ultramylonite. The localization of deformation relates directly to the intensity of feldspar hydration, a major rock- softening metamorphic reaction. Bulk-rock analyses of the mylonitic series indicate lateral mass transfer in the mylonite (no volume change), and significant volume loss in ultramylonite. The hydrogen isotope composition of phyllosilicates shows (1) the presence of an initial magmatic/metamorphic source characterized by the granodiorite in which a magmatic, and gneissic (protomylonite) foliation developed, and (2) a meteoric source that buffers the values of phyllosilicates in mylonite, ultramylonite, cataclasite, and deformed and undeformed quartz veins. The mineral oxygen isotope compositions were buffered by the host-rock compositions until chloritization of biotite started; the chlorite oxygen isotope values are negative (-10 per mil). Isotope thermometry indicates a temperature of isotopic equilibrium of the granodiorite between 600-500°C, between 500-300°C in the mylonite, and between 300 and 200°C for brittle fabrics (cataclasite and quartz veins). Results from this work suggest a general model for fluid-rock-strain feedbacks in detachment systems that are permeated by meteoric fluids. Phyllosilicates have preserved in their hydrogen isotope values evidence for the interaction between rock and meteoric fluids during mylonite development. Fluid flow generates mass transfer along the tectonic anisotropy, and mylonites do not undergo significant volume change, except locally in ultramylonite zones. Hydration of detachment shear zones attends mechanical grain size reduction and enhances strain softening and localization. Self-exhuming detachment shear zones evolve rapidly (a few million years) through the transition from ductile to brittle, which is partly controlled by the thermal effect of circulating surface fluids. Detachment systems are zones in the crust where strain and fluid flow are coupled; these systems. evolve rapidly toward strain localization and therefore efficient exhumation.

De lo eterno a lo infinito: un intento de reconstrucción del argumento de Meliso (B2-4 D-K)

El autor ofrece un intento de reconstrucción lógicamente consistente e históricamenteplausible del argumento con que probaba Meliso la infinitud de lo que es (Mel. B 2-4 D-K), argumento tradicionalmente considerado como un manualístico ejemplo de falacia. La auténtica demostración de la infinitud por Meliso es la que menciona Aristóteles en De gen. et corr. 1 8, 325 a 13 (= Mel. B 4 a Reale), mientras que B 2, donde se la ha solido querer ver, tan sólo contiene una previa enunciación (primera frase) de los dos argumentos que van a seguir y el desarrollo del primero de ellos; el segundo, sobre la infinitud espacial, se desarrollaría en la segunda parte del fragmento, parte que, excepto la primera frase (B 3), se ha perdido. La reinterpretación de la primera partecomo una prueba de la infinitud se debe a Aristóteles, quien logró sacar magisteril partido de los defectos formales del argumento para echar por tierra la más importante tesis de su adversario atribuyéndole una demostración lógicamente inconsistente, de la que, en realidad, Meliso nunca se sirvió.

Upper Triassic to Cretaceous radiolaria from Nicaragua and northern Costa Rica - The Mesquito composite oceanic terrane

We propose a new terrane subdivision of Nicaragua and Northern Costa Rica, based on Upper Triassic to Upper Cretaceous radiolarian biochronology of ribbon radiolarites, the newly studied Siuna Serpentinite Mélange, and published 40Ar/39Ar dating and geochemistry of mafic and ultramafic igneous rock units of the area. The new Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT) comprises the southern half of the Chortis Block, that was assumed to be a continental fragment of N-America. The MCOT is defined by 4 corner localities characterized by ultramafic and mafic oceanic rocks and radiolarites of Late Triassic, Jurassic and Early Cretaceous age: 1. The Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2. The El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3.The Santa Elena Ultramafics (N-Costa Rica) and, 4. DSDP Legs 67/84. 1. The Siuna Serpentinite Mélange contains, high pressure metamorphic mafics and Middle Jurassic (Bajocian-Bathonian) radiolarites in original, sedimentary contact with arc-metandesites. The Siuna Mélange also contains Upper Jurassic black detrital chert formed in a marginal (fore-arc?) basin shortly before subduction. A phengite 40Ar/39Ar -cooling age dates the exhumation of the high pressure rocks as 139 Ma (earliest Cretaceous). 2. The El Castillo Mélange comprises a radiolarite block tectonically embedded in serpentinite that yielded a diverse Rhaetian (latest Triassic) radiolarian assemblage, the oldest fossils recovered so far from S-Central America. 3. The Santa Elena Ultramafics of N-Costa Rica together with the serpentinite outcrops near El Castillo (2) in Southern Nicaragua, are the southernmost outcrops of the MCOT. The Santa Elena Unit (3) itself is still undated, but it is thrust onto the middle Cretaceous Santa Rosa Accretionary Complex (SRAC), that contains Lower to Upper Jurassic, highly deformed radiolarite blocks, probably reworked from the MCOT, which was the upper plate with respect to the SRAC. 4. Serpentinites, metagabbros and basalts have long been known from DSDP Leg 67/84 (3), drilled off Guatemala in the Nicaragua-Guatemala forearc basement. They have been restudied and reveal 40Ar/39Ar dated Upper Triassic to middle Cretaceous enriched Ocean Island Basalts and Jurassic to Lower Cretaceous depleted Island arc rocks of probable Pacific origin. The area between localities 1-4 is largely covered by Tertiary to Recent arcs, but we suspect that its basement is made of oceanic/accreted terranes. Earthquake seismic studies indicate an ill-defined, shallow Moho in this area. The MCOT covers most of Nicaragua and could extend to Guatemala to the W and form the Lower (southern) Nicaragua Rise to the NE. Some basement complexes of Jamaica, Hispaniola and Puerto Rico may also belong to the MCOT. The Nicoya Complex s. str. has been regarded as an example of Caribbean crust and the Caribbean Large Igneous Province (CLIP). However, 40Ar/39Ar - dates on basalts and intrusives indicate ages as old as Early Cretaceous. Highly deformed Jurassic and Lower Cretaceous radiolarites occur as blocks within younger intrusives and basalts. Our interpretation is that radiolarites became first accreted to the MCOT, then became reworked into the Nicoya Plateau in Late Cretaceous times. This implies that the Nicoya Plateau formed along the Pacific edge of the MCOT, independent form the CLIP and most probably unrelated with he Galapagos hotspot. No Jurassic radiolarite, no older sediment age than Coniacian-Santonian, and no older 40Ar/39Ar age than 95 Ma is known from S-Central America between SE of Nicoya and Colombia. For us this area represents the trailing edge of the CLIP s. str.

Inhibition of Na(+)-K(+)-ATPase by digoxin and its relation with energy expenditure and nutrient oxidation rate.

This study investigates the effects of digoxin, an inhibitor of the Na+ pump (Na(+)-K(+)-ATPase), on resting metabolic rate (RMR), respiratory quotient (RQ), and nutrient oxidation rate. Twelve healthy male subjects followed a double-blind protocol design and received either 1 mg/day digoxin or a placebo 2 days before indirect calorimetry measurements. Digoxin induced a 0.22 +/- 0.07 kJ/min or 3.8 +/- 1.5% (mean +/- SE, P = 0.01) decrease in RMR and a 0.40 +/- 0.13 kJ/min (P = 0.01) decrease in fat oxidation rate, whereas carbohydrate and protein oxidation rates did not change significantly. A dose-response relationship between serum digoxin and RQ was observed. These results suggest that digoxin reduces not only RMR but also fat oxidation rate by mechanisms that remain to be elucidated. Because a linkage and an association between genes coding the Na(+)-K(+)-ATPase and the RQ have been previously observed, the present demonstration of an effect of Na(+)-K(+)-ATPase inhibition on fat oxidation rate strengthens the concept that the activity of this enzyme may play a role in body weight regulation.

Interstate 74 Quad Cities Corridor Study Scott County, Iowa and Rock Island County, Illinois Project Number IM-74-1(122)0-13-82 FHWA-IOWA-EIS-09-01-F, February 2009

The Federal Highway Administration (FHWA) and the Iowa and Illinois Departments of Transportation (Iowa DOT and IDOT) have identified the Selected Alternative for improving Interstate 74 (I-74) from its southern terminus at Avenue of the Cities (23rd Avenue) in Moline, Illinois to its northern terminus one mile north of the I-74 interchange with 53rd Street in Davenport, Iowa. The Selected Alternative identified and discussed in this Record of Decision is the preferred alternative identified in the Final Environmental Impact Statement (FEIS). The purpose of the proposed improvements is to improve capacity, travel reliability, and safety along I-74 between its termini, and provide consistency with local land use planning goals. The need for the proposed improvements to the I-74 corridor is based on a combination of factors related to providing better transportation service and sustaining economic development.

Wind Monitoring of the Saylorville and Red Rock Reservoir Bridges with Remote, Cellular-Based Notifications, May 2012

Following high winds on January 24, 2006, at least five people claimed to have seen or felt the superstructure of the Saylorville Reservoir Bridge in central Iowa moving both vertically and laterally. Since that time, the Iowa Department of Transportation (DOT) contracted with the Bridge Engineering Center at Iowa State University to design and install a monitoring system capable of providing notification of the occurrence of subsequent high winds. Although measures were put into place following the 2006 event at the Saylorville Reservoir Bridge, knowledge of the performance of this bridge during high wind events was incomplete. Therefore, the Saylorville Reservoir Bridge was outfitted with an information management system to investigate the structural performance of the structure and the potential for safety risks. In subsequent years, given the similarities between the Saylorville and Red Rock Reservoir bridges, a similar system was added to the Red Rock Reservoir Bridge southeast of Des Moines. The monitoring system developed and installed on these two bridges was designed to monitor the wind speed and direction at the bridge and, via a cellular modem, send a text message to Iowa DOT staff when wind speeds meet a predetermined threshold. The original intent was that, once the text message is received, the bridge entrances would be closed until wind speeds diminish to safe levels.

Étude du mécanisme de transport des cations par la Na, K-ATPase et de son implication dans la migraine familiale hémiplégique de type 2

Résumé La Na,K-ATPase est une protéine transmembranaire, présente dans toutes les cellules de mammifères et indispensable à la viabilité cellulaire. Elle permet le maintien des gradients sodiques et potassiques à l'origine du potentiel membranaire en transportant 3 Na+ en dehors de la cellule contre 2 K+, grâce à l'énergie fournie par l'hydrolyse d'une molécule d'ATP. Le potentiel membranaire est indispensable au maintien de l'excitabilité cellulaire et à la transmission de l'influx nerveux. Il semblerait que la Na,K-ATPase soit liée à l'hypertension et à certains troubles neurologiques comme la Migraine Familiale Hémiplégique (1VIFH). La MFH est une forme de migraine avec aura, qui se caractérise par une hémiparésie. Cette forme de migraine est très rare. Elle se transmet génétiquement sur un mode autosomique dominant. Plusieurs mutations localisées dans le gène de la Na,K-ATPase ont été identifiées durant ces 3 dernières années. C'est la première fois qu'une maladie génétique est associée au gène de la Na,K-ATPase. La compréhension du fonctionnement de cette protéine peut donner des informations sur les mécanismes conduisant à ces pathologies. On sait que la fonction d'une protéine est liée à sa structure. L'étude de sa fonction nécessite donc l'étude de sa structure. Alors que la structure de la SERCA a été déterminée à haute résolution, par cristallographie, celle de la Na,K-ATPase ne l'est toujours pas. Mais ces 2 ATPases présentent une telle homologie qu'un modèle de la Na,K-ATPase a pu être élaboré à partir de la structure de la SERCA. Les objectifs de cette étude sont d'une part, de comprendre le contrôle de l'accessibilité du K+ extracellulaire àses sites de liaison. Pour cela, nous avons ciblé cette étude sur la 2ìème et la 31eme boucle extracellulaire, qui relient respectivement les segments transmembranaires (STM) 3-4 et 5-6. Le choix s'est porté sur ces 2 boucles car elles bordent le canal des cations formés des 4ième' Sième et 6'ème hélices. D'autre part, nous avons également essayer de comprendre les effets des mutations, liées à la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2 (MFH2), sur la fonctionnalité de la Na,K-ATPase. Alors que les STM et les domaines cytoplasmiques sont relativement proches entre la Na,KATPase et la SERCA, les boucles extracellulaires présentent des différences. Le modèle n'est donc pas une approche fiable pour déterminer la structure et la fonction des régions extracellulaires. Nous avons alors utilisé une approche fonctionnelle faisant appel à la mutation dirigée puis à l'étude de l'activité fonctionnelle de la Na,K ATPase par électrophysiologie sur des ovocytes de Xenopus. En conclusion, nous pouvons dire que la troisième boucle extracellulaire participerait à la structure de la voie d'entrée des cations et que la deuxième boucle extracellulaire semble impliquée dans le contrôle de l'accessibilité des ions K+àses sites de liaison. Concernant les mutations associées à la MFH2, nos résultats ont montré une forte diminution de l'activité fonctionnelle de la pompe Na,K, inférieure aux conditions physiologiques de fonctionnement, et pour une des mutations nous avons observés une diminution de l'affmité apparente au K+ externe. Nous poumons faire l'hypothèse que l'origine pathologique de la migraine est liée à une diminution de l'activité de la pompe à Na+. Summary The Na,K-ATPase is a transmembrane protein, present in all mammalian cells and is necessary for the viability of the cells. It maintains the gradients of Na+ and K+ involved in the membrane potential, by transporting 3Na+ out the cell, and 2K+ into the cell, using the energy providing from one ATP molecule hydrolysis. The membrane potential is necessary for the cell excitability and for the transmission of the nervous signal. Some evidence show that Na,K-ATPase is involved in hypertension and neurological disorders like the Familial Hemiplegic Migraine (FHM). La FHM is a rare form of migraine characterised by aura and hemiparesis and an autosomal dominant transmission. Several mutations linked to the Na,KATPase gene have been identified during these 3 last years. It's the first genetic disorder associated with the Na,K-ATPase gene. Understand the function of this protein is important to elucidate the mechanisms implicated in these pathologies. The function of a protein is linked with its structure. Thus, to know the function of a protein, we need to know its structure. While the Ca-ATPase (SERCA) has been crystallised with a high resolution, the structure of the Na,K-ATPase is not known. Because of the great homology between these 2 ATPases, a model of the Na,K-ATPase was realised by comparing with the structure of the SERCA. The aim of this study is on one side, understand the control of the extracellular K+ accessibility to their binding sites. Because of theirs closed proximity with the cation pathway, located between the 4th, 5th and 6th helices, we have targeted this study on the 2nd and the 3rd extracellular loops linking respectively the transmembrane segment (TMS) 3 and 4, and the TMS 5 and 6. And on the other side, we have tried to understand the functional effects of mutations linked with the Familial Hemiplegic Migraine Type 2 (FHM2). In contrast with the transmembrane segments and the cytoplasmic domains, the extracellular loops show lots of difference between Na,K-ATPase and SERCA, the model is not a good approach to know the structure and the function of the extracellular loops. Thus, we have used a functional approach consisting in directed mutagenesis and the study of the functional activity of the Na,K-ATPase by electrophysiological techniques with Xenopus oocytes. In conclusion, we have demonstrated that the third extracellular loop could participate in the structure of the entry of the cations pathway and that the second extracellular loop could control the K+ accessibility to their binding sites. Concerning the mutations associated with the FHM2, our results showed a strong decrease in the functional activity of the Na,K-pump under physiological conditions and for one of mutations, induce a decrease in the apparent external K+ affinity. We could make the hypothesis that the pathogenesis of migraine is related to the decrease in Na,K-pump activity. Résumé au large publique De la même manière que l'assemblage des mots forme des phrases et que l'assemblage des phrases forme des histoires, l'assemblage des cellules forme des organes et l'ensemble des organes constitue les êtres vivants. La fonction d'une cellule dans le corps humain peut se rapprocher de celle d'une usine hydroélectrique. La matière première apportée est l'eau, l'usine électrique va ensuite convertir l'eau en énergie hydraulique pour fournir de l'électricité. Le fonctionnement de base d'une cellule suit le même processus. La cellule a besoin de matières premières (oxygène, nutriments, eau...) pour produire une énergie sous forme chimique, l'ATP. Cette énergie est utilisée par exemple pour contracter les muscles et permet donc à l'individu de se déplacer. Morphologiquement la cellule est une sorte de petit sac rempli de liquide (milieu intracellulaire) baignant elle-même dans le liquide (milieu extracellulaire) composant le corps humain (un adulte est constitué environ de 65 % d'eau). La composition du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire. Cette différence doit être maintenue pour que l'organisme fonctionne correctement. Une des différences majeures est la quantité de sodium. En effet il y a beaucoup plus de sodium à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. Bien que l'intérieur de la cellule soit isolé de l'extérieur par une membrane, le sodium arrive à passer à travers cette membrane, ce qui a tendance à augmenter la quantité de sodium dans la cellule et donc à diminuer sa différence de concentration entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Mais dans les membranes, il existe des pompes qui tournent et dont le rôle est de rejeter le sodium de la cellule. Ces pompes sont des protéines connues sous le nom de pompe à sodium ou Na,K-ATPase. On lui attribue le nom de Na,K-ATPase car en réalité elle rejette du sodium (Na) et en échange elle fait entrer dans la cellule du potassium (K), et pour fonctionner elle a besoin d'énergie (ATP). Lorsque les pompes à sodium ne fonctionnent pas bien, cela peut conduire à des maladies. En effet la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2, est une migraine très rare qui se caractérise par l'apparition de la paralysie de la moitié d'un corps avant l'apparition du mal de tête. C'est une maladie génétique (altération qui modifie la fonction d'une protéine) qui touche la pompe à sodium située dans le cerveau. On a découvert que certaines altérations (mutations) empêchent les pompes à sodium de fonctionner correctement. On pense alors que le développement des migraines est en partie dû au fait que ces pompes fonctionnent moins bien. Il est important de bien connaître la fonction de ces pompes car cela permet de comprendre des mécanismes pouvant conduire à certaines maladies, comme les migraines. En biologie, la fonction d'une protéine est étudiée à travers sa structure. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse a été d'étudier la structure de la Na,K-ATPase afin de mieux comprendre son mécanisme d'action.

Rockfall characterisation and structural protection: A review

Rockfall is an extremely rapid process involving long travel distances. Due to these features, when an event occurs, the ability to take evasive action is practically zero and, thus, the risk of injury or loss of life is high. Damage to buildings and infrastructure is quite likely. In many cases, therefore, suitable protection measures are necessary. This contribution provides an overview of previous and current research on the main topics related to rockfall. It covers the onset of rockfall and runout modelling approaches, as well as hazard zoning and protection measures. It is the aim of this article to provide an in-depth knowledge base for researchers and practitioners involved in projects dealing with the rockfall protection of infrastructures, who may work in the fields of civil or environmental engineering, risk and safety, the earth and natural sciences.