Elemental and isotopic zoning in natural alpine quartz

THESIS ABSTRACT : Stable isotope geochemistry is used to help resolve a large number of geological questions. In order to do this, it is essential to understand the different mechanisms that govern isotopic fractionation processes between different phases and to identify the conditions required to reach equilibrium fractionation. However, at low temperatures, these processes are poorly constrained and many factors can induce differential partitioning of the isotopes between sectors of a mineral species and the fluid during mineral growth. This can result in so-called 'sector zoning' of a mineral species. The aim of this thesis is to evaluate the occurrence of sector zoning of the oxygen isotopes and trace elements in natural α-quartz crystals and to identify the reasons for such zoning. The implications for the fluid-mineral interactions are studied in the context of the Alpine metamorphism. The approach chosen has focused on examining the crystal structure, cathodoluminescence appearance (CL), and on relating elemental (e.g. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) to stable oxygen isotope compositions between and along different growth sectors. Low temperature quartz samples were selected from Alpine veins in different localities, where growth conditions have already been well constrained. The mineralogy as well as the isotopic compositions of the host rocks were also investigated, in order to interpret the variations obtained between the different growth stages in the framework of fluid-rock interaction during Alpine metamorphism. Depending on the growth conditions, most of the studied quartz is strongly zoned in CL, and it reveals corresponding zonations in the trace element content (e.g. growth zoning). Aluminium, substituting for Si in the lattice, was found in concentrations up to 1000's ppma, and its distribution is strongly related to Li and H and to a lesser extent, to Ge. Elemental sector zoning is evident from the distribution of these three elements since they exhibit differences in their respective concentrations between faces for distinct growth zones, with prismatic faces having the lowest Al contents. Quartz from veins in magmatic rocks, for example, tend to have lower Al concentrations and similar concentrations of Li and Ti suggesting also a contribution of these elements from the host rock. The relationship between Al and Li is still correlated. Only Alpine crystals grown at higher temperatures (~400°C) without any CL zoning feature are free of these impurities and do not show such zoning characteristics. Differences in the δ18O values were measured between different faces principally in the AIenriched growth zones or stages. These results were confirmed by the means of two different methods (in situ/non in situ). However, it was determined that the Al concentrations do not affect significantly oxygen isotope fractionations at 300°C. The results altogether suggest that the presence of sector zoning in quartz crystals is real, but not universal, and henceforth should be taken into consideration for any use of these systems. The occurrence of disequilibrium partitioning has been enhanced and is possibly related to kinetic processes as well as structural effects that do not affect similarly trace element incorporation and isotopic fractionation. In situ measurements also revealed fine scale δ18O zonations along growth paths that are useful to constrain fluid-rock interactions during Alpine metamorphism. Variations in the δ18O values present along growth vectors indicate changes in the fluid composition and origin. Association with oxygen isotope composition of the host rock allows for the deduction of interactions between rocks, veins and consequently fluids, as well as fluid regimes. RESUME DE LA THESE : A basses températures, (i.e. <400°C) les différents mécanismes qui régissent le fractionnement isotopique ainsi que les conditions nécessaires pour établir un état d'équilibre sont peu connus et nombre de paramètres peuvent entraîner un partitionnement chimique différentiel entre différents secteurs d'un minéral et le fluide en contact. Ainsi, ce travail de thèse a pour but d'évaluer la possible présence de zonages sectoriels en isotopes de l'oxygène mais aussi en éléments traces dans des cristaux naturels de quartz-α de basses températures, ainsi que les raisons d'un tel phénomène et enfin ses implications sur les interactions fluide-roche, principalement dans le cadre du métamorphisme Alpin. La structure et l'apparence en cathodoluminescence (CL) des échantillons ont été caractérisées avant de retracer en détail les compositions en élément traces (Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) et en isotopes de l'oxygène, le long et entre différents secteurs. Les échantillons de quartz sélectionnés proviennent majoritairement de veines Alpine de différentes localités, où les conditions de croissance ont été déjà bien caractérisées. Les compositions minéralogiques et isotopiques de la roche encaissante ont aussi été examinées, pour contraindre les variations obtenues dans un contexte Alpin. Selon leurs conditions de croissance, la plupart des cristaux étudiés sont fortement zonés, ce qui est souligné par un zonage des concentrations en éléments traces (e.g. zonage de croissance). L'Aluminium, qui peut se substituer à la Silice dans le réseau cristallin, a été retrouvé jusqu'en très grandes concentrations dans certaines zones (plusieurs milliers de ppma). De plus, la distribution en Al est fortement liée à celles de Li et H, ainsi que dans une moindre mesure à Ge. La présence de zonage sectoriel est évidente au niveau de ces éléments qui montrent de larges différences de concentrations entre différentes faces pour une même zone de croissance, avec les concentrations les plus basses retrouvées dans les faces prismatiques. Les quartz de veines situées dans des roches magmatiques par exemple possèdent des concentrations en Li et Ti de même ordre de grandeur, confirmant le rôle de la composition de la roche encaissante. La relation Li/Al est toujours fortement présente, mais ce rapport est fonction de la face mesurée. Seuls les cristaux Alpins de plus hautes températures (400°C) ne possédant pas de zones en CL ne présentent aucune de ces caractéristiques. Des différences dans les valeurs de δ18O de zones identiques enrichies en Al ont clairement été mesurées entre les différentes faces r, z, et m, mais aussi au sein d'une même seule zone, indiquant que le fractionnement a probablement eu lieu en déséquilibre. Il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs n'avait qu'un faible effet sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. L'utilisation de deux méthodes différentes a permis d'obtenir des résultats in situ et non in situ concordants. La comparaison des résultats obtenus permet de démontrer que le zonage sectoriel est bien présent dans certains cristaux de quartz, et dépend des conditions de formation. La présence d'un partitionnement différentiel des éléments traces peut être due à des effets cinétiques aussi bien que structuraux, alors que le zonage sectoriel des isotopes de l'oxygène aurait d'autres origines. Il est alors évident que la possibilité de zonage sectoriel doit être désormais pris en considération avant toute interprétations de données isotopiques de cristaux zonés. Les mesures in situ ont de plus permis de distinguer de fines variations des valeurs δ18O au cours de la croissance, qui peuvent aider à retracer la circulations des fluides dans les Alpes durant cette période. En association avec les compositions des roches encaissantes, ii est possible de déduire les interactions entre roches, veines, et par conséquent fluides, au cours de différentes étapes. RESUME GRAND PUBLIC : La géochimie des isotopes stables a pris beaucoup d'importance depuis ces dernières années pour aider à résoudre nombre de questions géologiques, en se basant sur les caractéristiques du fractionnement isotopiques pour différents systèmes. Il est donc nécessaire d'avoir une connaissance approfondie des mécanismes qui s'appliquent au fractionnement isotopique entre les minéraux et les fluides à partir desquels ils se forment. Ces mécanismes ont été bien approchés par différents types de calibrations pour des systèmes à hautes températures, cependant cela n'est pas aussi évident pour les systèmes à des températures inférieures à 400-500°C. Ce travail de thèse a pour but d'aider à la description et la compréhension des phénomènes qui peuvent affecter le fractionnement isotopique à basses températures, ainsi que leurs implications, à partir de l'étude de cristaux de quartz. Le choix des échantillons s'est porté sur des cristaux naturels formés à des températures inférieures ou égales à 400°C, provenant majoritairement de fissures hydrothermales Alpines dont les conditions de formation ont déjà été déterminées. L'étude des cristaux Alpin permet de plus de replacer les résultats obtenus dans le contexte du métamorphisme Alpin au cours du Miocène (21-13 Ma). Après examen de la structure et de la morphologie des cristaux, et leur caractérisation par cathodoluminescence (CL), des analyses chimiques détaillées sur les éléments en traces pouvant entrer dans le réseau cristallin du quartz comme impuretés (i.e. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti), et des isotopes stables de l'oxygène, ont été menées. En fonction des conditions de croissance, la plupart des cristaux présentent des zonations, qui peuvent être facilement reliées à la distribution des éléments traces analysés par microsonde électronique, sonde ionique (SIMS) et LA-ICPMS. De fortes concentrations d'Aluminium (plusieurs milliers de parties par million atomique) ont pu être observées dans les zones les plus externes des cristaux. De plus, les concentrations en Al et en Li sont toujours corrélées; la présence d'Hydrogène déduite à partir d'analyses par FTIR suit cette même tendance. Les différentes faces des cristaux présentent des concentrations distinctes d'Al, Li et H pour des mêmes zones de croissance, avec par exemple les concentrations les plus faibles dans les zones des faces prismatiques. Cela implique la présence d'un zonage sectoriel, qui a déjà été observé principalement dans des carbonates mais jamais décrit auparavant pour des quartz. Seuls les cristaux alpins homogènes en CL dont la croissance s'est faite à plus haute température (400°C) ne présentent aucune de ces caractéristiques. Par analogie avec le zonage sectoriel en Al, élément qui se substitue au Si dans le réseau cristallin du quartz, il est possible de penser qu'un zonage sectoriel pourrait aussi s'appliquer aux isotopes de l'oxygène. Des précédentes études avaient en effet émis cette hypothèse. Nos résultats ont été obtenus à partir d'analyses à la fois in- situ par SIMS, et par extraction assistée par laser-CO2 sur des parties de quartz soigneusement séparées, et sont en accord entre les deux méthodes. Un zonage sectoriel est en effet bien présent pour les cristaux alpins, mais principalement au niveau des zones très riches en Aluminium. Cependant, il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs avait un effet plus que minimal sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. Des différences importantes ont été observées entre les faces r & z mais aussi au sein d'une même et seule zone, indiquant que le fractionnement a pu avoir lieu en déséquilibre, ce qui est aussi visible au niveau des valeurs totalement opposées entre faces pour la dernière phase de croissance de certains cristaux. Ainsi l'association de ces résultats laisse suggérer que la présence d'un zonage sectoriel peut être liée à différents paramètres tels que le taux de croissance ou la structure de surface du cristal, mais qui n'affectent pas de la même façon l'incorporation des éléments traces et le fractionnement isotopique. La possibilité d'un zonage sectoriel est importante à prendre en compte lors de toute interprétation de données isotopiques. Les analyses des isotopes de l'oxygène effectuées par SIMS ont aussi permis de distinguer des variations importantes à petite échelle au cours de la croissance. Des mesures faites par laser CO2 sur certaines roches encaissantes, ont permis distinguer plusieurs étapes dans la croissance des minéraux et de déduire le rôle de l'encaissant et le type de fluide. En association avec de précédentes études, il a été ainsi possible de mieux contraindre la formation de ces cristaux dans le contexte alpin et la circulation de fluide au cours du métamorphisme alpin durant le Miocène.

Na(+)-K(+)-ATPase gene expression during in vitro development of rat fetal forebrain.

The existence of at least three isoforms of Na(+)-K(+)-ATPase in adult brain tissues [alpha 1, kidney type; alpha 2 [or alpha(+)]; alpha 3] suggests that these genes might be regulated in a cell-specific and time-dependent manner during development. We have studied this question in serum-free aggregating cell cultures of mechanically dissociated rat fetal telencephalon. At the protein level, the relative rate of synthesis of the pool of alpha 1-, alpha 2-, and alpha 3-subunits increased approximately twofold over 15 days of culture, leading to a marked increase in the immunochemical pool of alpha-subunits as measured by a panspecific polyclonal antibody. Concomitantly, Na(+)-K(+)-ATPase enzyme-specific activity increased three- (lower forebrain) to sixfold (upper forebrain). The transcripts of all three alpha-isoforms and beta-subunit were detected in vitro in similar proportion to the level observed in vivo. alpha 3-mRNA (3.7 kb) was more abundant than alpha 1 (3.7 kb) or alpha 2 (5.3 and 3.4 kb). Cytosine arabinoside (0.4 microM) and cholera toxin (0.1 microM) were used to selectively eliminate glial cells or neurons, respectively. It was found that alpha 2-mRNA is predominantly transcribed in glial cell cultures, whereas alpha 3- and beta 1-mRNA (2.7, 2.3, and 1.8 kb) are predominant in neuronal cultures.

Rockfall monitoring by Terrestrial Laser Scanning ¿ case study of the basaltic rock face at Castellfollit de la Roca (Catalonia, Spain)

This case study deals with a rock face monitoring in urban areas using a Terrestrial Laser Scanner. The pilot study area is an almost vertical, fifty meter high cliff, on top of which the village of Castellfollit de la Roca is located. Rockfall activity is currently causing a retreat of the rock face, which may endanger the houses located at its edge. TLS datasets consist of high density 3-D point clouds acquired from five stations, nine times in a time span of 22 months (from March 2006 to January 2008). The change detection, i.e. rockfalls, was performed through a sequential comparison of datasets. Two types of mass movement were detected in the monitoring period: (a) detachment of single basaltic columns, with magnitudes below 1.5 m3 and (b) detachment of groups of columns, with magnitudes of 1.5 to 150 m3. Furthermore, the historical record revealed (c) the occurrence of slab failures with magnitudes higher than 150 m3. Displacements of a likely slab failure were measured, suggesting an apparent stationary stage. Even failures are clearly episodic, our results, together with the study of the historical record, enabled us to estimate a mean detachment of material from 46 to 91.5 m3 year¿1. The application of TLS considerably improved our understanding of rockfall phenomena in the study area.

Structural organization of alpha-subunit from purified and microsomal toad kidney (Na+ + K+)-ATPase as assessed by controlled trypsinolysis

The membrane organization of the alpha-subunit of purified (Na+ + K+)-ATPase ((Na+ + K+)-dependent adenosine triphosphate phosphorylase, EC 3.6.1.3) and of the microsomal enzyme of the kidney of the toad Bufo marinus was compared by using controlled trypsinolysis. With both enzyme preparations, digestions performed in the presence of Na+ yielded a 73 kDa fragment and in the presence of K+ a 56 kDa, a 40 kDa and small amounts of a 83 kDa fragment from the 96 kDa alpha-subunit. In contrast to mammalian preparations (Jørgensen, P.L. (1975) Biochim. Biophys. Acta 401, 399-415), trypsinolysis of the purified amphibian enzyme led to a biphasic loss of (Na+ + K+)-ATPase activity in the presence of both Na+ and K+. These data could be correlated with an early rapid cleavage of 3 kDa from the alpha-subunit in both ionic conditions and a slower degradation of the remaining 93 kDa polypeptide. On the other hand, in the microsomal enzyme, a 3 kDa shift of the alpha-subunit could only be produced in the presence of Na+. Our data indicate that (1) purification of the amphibian enzyme with detergent does not influence the overall topology of the alpha-subunit but produces a distinct structural alteration of its N-terminus and (2) the amphibian kidney enzyme responds to cations with similar conformational transitions as the mammalian kidney enzyme. In addition, anti alpha-serum used on digested enzyme samples revealed on immunoblots that the 40 kDa fragment was better recognized than the 56 kDa fragment. It is concluded that the NH2-terminal of the alpha-subunit contains more antigenic sites than the COOH-terminal domain in agreement with the results of Farley et al. (Farley, R.A., Ochoa, G.T. and Kudrow, A. (1986) Am. J. Physiol. 250, C896-C906).

Mouaille Dans Le Sahe Lane ; K'sida Tal Guandouze : sika / Thatha El Ralpya, chant [acc. instr.]

[Traditions. Afrique du Nord. Maroc]

Evidence for different expression profiles for c-Met, EGFR, PTEN and the mTOR pathway in low and high grade endometrial carcinomas in a cohort of consecutive women. Occurrence of PIK3CA and K-Ras mutations and microsatellite instability.

Molecular and genetic investigations in endometrial carcinogenesis may have prognostic and therapeutic implications. We studied the expression of EGFR, c-Met, PTEN and the mTOR signalling pathway (phospho-AKT/phospho-mTOR/phospho-RPS6) in 69 consecutive tumours and 16 tissue microarrays. We also analysed PIK3CA, K-Ras mutations and microsatellite instability (MSI). We distinguished two groups: group 1 (grade 1 and 2 endometrioid cancers) and group 2 (grade 3 endometrioid and type II clear and serous cell cancers). We hypothesised that these histological groups might have different features. We found that a) survival was higher in group 1 with less aggressive tumours (P⟨0.03); b) EGFR (P=0.01), PTEN and the AKT/mTOR/RPS6 signalling pathway were increased in group 1 versus group 2 (P=0.05 for phospho-mTOR); c) conversely, c-Met was higher (P⟨0.03) in group 2 than in group 1; d) In group 1, EGFR was correlated with c-Met, phospho-mTOR, phospho-RPS6 and the global activity of the phospho-AKT/phospho-mTOR/phospho-RPS6 pathway. In group 2, EGFR was correlated only with the phospho-AKT/phospho-mTOR/phospho-RPS6 pathway, whereas c-Met was correlated with PTEN; e) survival was higher for tumours with more than 50% PTEN-positive cells; f) K-RAS and PIK3CA mutations occurred in 10-12% of the available tumours and MSI in 40.4%, with a loss of MLH1 and PMS2 expression. Our results for endometrial cancers provide the first evidence for a difference in status between groups 1 and 2. The patients may benefit from different targeted treatments, anti-EGFR agents and rapamycin derivatives (anti-mTOR) for group 1 and an anti c-MET/ligand complex for group 2.

Free-breathing 3D steady-state free precession coronary MR angiography with radial k-space sampling: comparison with cartesian k-space sampling and cartesian gradient-echo coronary MR angiography--pilot study.

The authors compared radial steady-state free precession (SSFP) coronary magnetic resonance (MR) angiography, cartesian k-space sampling SSFP coronary MR angiography, and gradient-echo coronary MR angiography in 16 healthy adults and four pilot study patients. Standard gradient-echo MR imaging with a T2 preparatory pulse and cartesian k-space sampling was the reference technique. Image quality was compared by using subjective motion artifact level and objective contrast-to-noise ratio and vessel sharpness. Radial SSFP, compared with cartesian SSFP and gradient-echo MR angiography, resulted in reduced motion artifacts and superior vessel sharpness. Cartesian SSFP resulted in increased motion artifacts (P <.05). Contrast-to-noise ratio with radial SSFP was lower than that with cartesian SSFP and similar to that with the reference technique. Radial SSFP coronary MR angiography appears preferable because of improved definition of vessel borders.

Response of P, K, Mg and NO‚́ƒ-N contents of carrots to irrigation, soil compaction, and nitrogen fertilisation

Selostus: Maan tiiviyden, sadetuksen ja typpilannoituksen vaikutus porkkanan kivennäisainepitoisuuteen ja ravinteiden ottoon sekä nitraatin kertymiseen

Predacion de semillas de Amaranthus quitensis H.B.K. en un cultivo de soja: influencia del sistema de siembra

El objetivo fue evaluar las pérdidas del banco superficial de semillas de Amaranthus quitensis H.B.K. (yuyo colorado) debidas a la predación por insectos en un cultivo de soja y en el barbecho posterior, en dos sistemas de laboreo. Los experimentos se realizaron durante las campañas 94/95 y 95/96. Para calcular la tasa de predación se emplearon bandejas cubiertas con tejido para evitar el ingreso de roedores y con tela de tul en los tratamientos testigos; en cada una se sembraron 100 semillas de la maleza y cada 15 días se registró el número de semillas remanentes. Para determinar los insectos presentes y su abundancia se emplearon trampas "pitfall". Entre los insectos capturados se encontró el carábido Notiobia cupripennis, su mayor abundancia se registró en marzo (4,5 y 5,8 insectos/trampa en convencional y 2,7 y 3,3 insectos/trampa en siembra directa), coincidiendo con las tasas de predación más altas (5,6% y 8% en convencional y 2,7% y 3,8% en siembra directa); tanto en abundancia como en predación se observaron diferencias significativas entre ambos sistemas. A partir de este mes, las diferencias no fueron significativas, el número de insectos y la tasa de predación disminuyeron. En ambos años existió una correlación positiva entre estas variables.