RAGBRAI Learn about the Land; Day 7, July 2012

The University of Iowa Office of the State Archaeologist and Team Archaeology are back on RAGBRAI for our third year of Archaeology on the Road, and pleased to partner this year with the IDNR: Geological and Water Survey and the U.S. Geological Survey under the theme “Human and Natural History Partners.” Archaeology on the Road brings you the unique cultural history and prehistory of Iowa on the RAGBRAI route, pointing out interesting and significant archaeological sites and sharing Iowa’s past along the way. Look for our booth at Expo and then again on Days 1, 5 and 6 on the route, and also keep an eye out for our Team Archaeology.

The roles of flux- and decompression melting and their respective fractionation lines for continental crust formation: Evidence from the Kohistan arc

Delamination and foundering of the lower continental crust (LCC) into the mantle is part of the crust-forming mechanism. However, knowledge of the composition and mineralogy of the preserved or delaminated LCC over geological timescales remains scarce. We provide a synopsis of recent research within the Kohistan arc (Pakistan) and demonstrate that hydrous and less hydrous liquid lines of descent related to flux assisted and decompression mantle melting, respectively, produce compositionally different lower crustal rocks. The argument refers to two lower crustal sections exposed in Kohistan, the older Southern Plutonic Complex (SPC) and the younger Chilas Complex. The SPC typifies a hydrous, high-pressure fractionation sequence of olivine-pyroxenes-garnet-Fe/Ti-oxide-amphibole-plagioclase. The Chilas Complex illustrates a less hydrous fractionation sequence of olivine-clinopyroxene-orthopyroxene-plagioclase-amphibole. Despite the similarity of the Chilas Complex rocks to proposed lower crust compositions, the less hydrous fractionation results in unrealistically small volumes of silica-rich rocks, precluding the Chilas Complex gabbros to represent the magmatic complement to the upper crust. The composition of the SPC lower crust differs markedly from bulk lower crust estimates, but is complementary to silica-rich rocks exposed along this section and in the Kohistan batholith. These observations inspire a composite model for the formation of continental crust (CC) where the negatively buoyant delaminated and the buoyant preserved lower continental crusts (LCC) differ in genesis, mineralogy, and composition. We propose that the upper, non-sedimentary subsequent removal of the complementary, negatively buoyant garnet-pyroxene-amphibole-plagioclase-rich cumulates. In contrast, the LCC, which is buoyant and preserved over geological timescales, is formed by less hydrous parental mantle melts. We suggest that the bulk continental crust composition is related to mixing of these petrologically not directly related end members. Published by Elsevier B.V.

Geology of the NW Indian Himalaya

This review paper deals with the geology of the NW Indian Himalaya situated in the states of Jammu and Kashmir, Himachal Pradesh and Garhwal. The models and mechanisms discussed, concerning the tectonic and metamorphic history of the Himalayan range, are based on a new compilation of a geological map and cross sections, as well as on paleomagnetic, stratigraphic, petrologic, structural, metamorphic, thermobarometric and radiometric data. The protolith of the Himalayan range, the North Indian flexural passive margin of the Neo-Tethys ocean, consists of a Lower Proterozoic basement, intruded by 1.8-1.9 Ga bimodal magmatites, overlain by a horizontally stratified sequence of Upper Proterozoic to Paleocene sediments, intruded by 470-500 Ma old Ordovician mainly peraluminous s-type granites, Carboniferous tholeiitic to alkaline basalts and intruded and overlain by Permian tholeiitic continental flood basalts. No elements of the Archaen crystalline basement of the South Indian shield have been identified in the Himalayan range. Deformation of the Himalayan accretionary wedge resulted from the continental collision of India and Asia beginning some 65-55 Ma ago, after the NE-directed underthrusting of the Neo-Tethys oceanic crust below Asia and the formation of the Andean-type 103-50 (-41) Ma old Ladakh batholith to the north of the Indus Suture. Cylindrical in geometry, the Himalayan range consists, from NE to SW, from older to younger tectonic elements, of the following zones: 1) The 25 km wide Ladakh batholith and the Asian mantle wedge form the backstop of the growing Himalayan accretionary wedge. 2) The Indus Suture zone is composed of obducted slices of the oceanic crust, island arcs, like the Dras arc, overlain by Late Cretaceous fore arc basin sediments and the mainly Paleocene to Early Eocene and Miocene epi-sutural intra-continental Indus molasse. 3) The Late Paleocene to Eocene North Himalayan nappe stack, up to 40 km thick prior to erosion, consists of Upper Proterozoic to Paleocene rocks, with the eclogitic and coesite bearing Tso Morari gneiss nappe at its base. It includes a branch of the Central Himalayan detachment, the 22-18 Ma old Zanskar Shear zone that is intruded and dated by the 22 Ma Gumburanjun leucogranite; it reactivates the frontal thrusts of the SW-verging North Himalayan nappes. 4) The late Eocene-Miocene SW-directed High Himalayan or ``Crystalline'' nappe comprises Upper Proterozoic to Mesozoic sediments and Ordovician granites, identical to those of the North Himalayan nappes. The Main Central thrust at its base was created in a zone of Eocene to Early Oligocene anatexis by ductile detachment of the subducted Indian crust, below the pre-existing 25-35 km thick NE-directed Shikar Beh and SW-directed North Himalayan nappe stacks. 5) The late Miocene Lesser Himalayan thrust with the Main Boundary Thrust at its base consists of early Proterozoic to Cambrian rocks intruded by 1.8-1.9 Ga bimodal magmatites. The Subhimalaya is a thrust wedge of Himalayan fore deep basin sediments, composed of the Early Eocene marine Subathu marls and sandstones as well as the up to 8'000 m-thick Miocene to recent Ganga molasse, a coarsening upwards sequence of shales, sandstones and conglomerates. The active frontal thrust is covered by the sediments of the Indus-Ganga plains.

Géopatrimoines des trois Chablais. Identification et valorisation des témoins glaciaires

Cette recherche s'applique aux témoins glaciaires des Chablais dans quatre de leurs dimensions : géopatrimoine, connaissance objective, inventaire de géosites et valorisation. Elle est organisée sur le canevas d'un processus de patrimonialisation auquel elle participe et qu'elle interroge à la fois. En 2009, débutait le projet 123 Chablais, pour une durée de quatre ans. Il concernait l'ensemble du territoire chablaisien, réparti sur deux pays (France et Suisse) et trois entités administratives (département de la Haute-Savoie, cantons de Vaud et du Valais). Ce projet, élaboré dans le cadre du programme Interreg IV France-Suisse, avait pour but de dynamiser le développement économique local en s'appuyant sur les patrimoines régionaux. Le géopatrimoine, identifié comme une de ces ressources, faisait donc l'objet de plusieurs actions, dont cette recherche. En parallèle, le Chablais haut-savoyard préparait sa candidature pour rejoindre l'European Geopark Network (EGN). Son intégration, effective dès 2012, a fait de ce territoire le cinquième géoparc français du réseau. Le Geopark du Chablais fonde son identité géologique sur l'eau et la glace, deux thématiques intimement liées aux témoins glaciaires. Dans ce contexte d'intérêt pour le géopatrimoine local et en particulier pour le patrimoine glaciaire, plusieurs missions ont été assignées à cette recherche qui devait à la fois améliorer la connaissance objective des témoins glaciaires, inventorier les géosites glaciaires et valoriser le patrimoine glaciaire. Le premier objectif de ce travail était d'acquérir une vision synthétique des témoins glaciaires. Il a nécessité une étape de synthèse bibliographique ainsi que sa spatialisation, afin d'identifier les lacunes de connaissance et la façon dont ce travail pouvait contribuer à les combler. Sur cette base, plusieurs méthodes ont été mises en oeuvre : cartographie géomorphologique, reconstitution des lignes d'équilibre glaciaires et datations de blocs erratiques à l'aide des isotopes cosmogéniques produits in situ. Les cartes géomorphologiques ont été élaborées en particulier dans les cirques et vallons glaciaires. Les datations cosmogéniques ont été concentrées sur deux stades du glacier du Rhône : le Last Local Glacial Maximum (LLGM) et le stade de Monthey. Au terme de cette étape, les spécificités du patrimoine glaciaire régional se sont révélées être 1) une grande diversité de formes et des liens étroits avec différents autres processus géomorphologiques ; 2) une appartenance des témoins glaciaires à dix grandes étapes de la déglaciation du bassin lémanique. Le second objectif était centré sur le processus d'inventaire des géosites glaciaires. Nous avons mis l'accent sur la sélection du géopatrimoine en développant une approche basée sur deux axes (temps et espace) identifiés dans le volet précédent et avons ainsi réalisé un inventaire à thèmes, composé de 32 géosites. La structure de l'inventaire a également été explorée de façon à intégrer des critères d'usage de ces géosites. Cette démarche, soutenue par une réflexion sur les valeurs attribuées au géopatrimoine et sur la façon d'évaluer ces valeurs, nous a permis de mettre en évidence le point de vue anthropo - et scientifico - centré qui prévaut nettement dans la recherche européenne sur le géopatrimoine. L'analyse des résultats de l'inventaire a fait apparaître quelques caractéristiques du patrimoine glaciaire chablaisien, discret, diversifié, et comportant deux spécificités exploitables dans le cadre d'une médiation scientifique : son statut de « berceau de la théorie glaciaire » et ses liens étroits avec des activités de la vie quotidienne, en tant que matière première, support de loisir ou facteur de risque. Cette recherche a débouché sur l'élaboration d'une exposition itinérante sur le patrimoine glaciaire des Chablais. Ce produit de valorisation géotouristique a été conçu pour sensibiliser la population locale à l'impact des glaciers sur son territoire. Il présente une série de sept cartes de stades glaciaires, encadrées par les deux mêmes thématiques, l'histoire de la connaissance glaciaire d'une part, les témoins glaciaires et la société, d'autre part. -- This research focuses on glacial witnesses in the Chablais area according to four dimensions : geoheritage, objective knowledge, inventory and promotion of geosites. It is organized on the model of an heritage's process which it participates and that it questions both. In 2009, the project 123 Chablais started for a period of four years. It covered the entire chablaisien territory spread over two countries and three administrative entities (département of Haute-Savoie, canton of Vaud, canton of Valais). This project, developed in the framework of the Interreg IV France-Switzerland program, aimed to boost the local development through regional heritage. The geoheritage identified as one of these resources, was therefore the subject of several actions, including this research. In parallel, the French Chablais was preparing its application to join the European Geopark Network (EGN). Its integration, effective since 2012, made of this area the fifth French Geopark of the network. The Chablais Geopark geological identity was based on water and ice, two themes closely linked to the glacial witnesses. In this context of interest for the regional geoheritage and especially for the glacial heritage, several missions have been assigned to this research which should improve objective knowledge of glacial witnesses, inventory and assess glacial geosites. The objective knowledge's component was to acquire a synthetic vision of the glacial witnesses. It required a first bibliography synthesis step in order to identify gaps in knowledge and how this work could help to fill them. On this basis, several methods have been implemented: geomorphological mapping, reconstruction of the equilibrium-line altitude and dating of glacial erratic blocks using cosmogenic isotopes produced in situ. Geomorphological maps have been developed especially in glacial cirques and valleys. Cosmogenic datings were concentrated on two stages of the Rhone glacier: the Last Local Glacial Maximum (LLGM) and « the stage of Monthey ». After this step, the specificities of the regional glacial heritage have emerged to us as 1) a wide variety of forms and links to various other geomorphological processes; 2) belonging of glacial witnesses to ten major glacial stages of Léman Lake's deglaciation. In the inventory of glacial geosites component we focused on the selection of geoheritage. We developed an approach based on two axes (time and space) identified in the preceding components. We obtained a thematic inventory, consisting of 32 geosites. The structure of the inventory was also explored in the aim to integrate use criteria of geosites. This approach, supported by a thought on the values attributed to the geoheritage and how to assess these values allowed us to highlight the point of view much anthropological - and scientific -centered prevailing in the European research on geoheritage. The analysis of the inventory's results revealed some characteristics of chablaisien glacial heritage, discrete, diverse, and with two features exploitable in the context of a scientific mediation: its status as « cradle of the glacial theory » and its close links with activities of daily life, as raw material, leisure support and risk factor. This research leads to the development of a traveling exhibition on the glacial heritage of the Chablais area. It presents a series of seven glacial stage's cards, framed by the two themes mentioned above: « history of glacial knowledge » and « glacial witnesses and society ».

Post-Plutonic Magmatism: from the Source to the Emplacement of an Upper Crustal Dyke Swarm, Adamello Massif, Italy

Magmas of the arc-tholeiitic and calc-alkaline differentiation suites contribute substantially to the formation of continental crust in subduction zones. Different geochemical-petrological models have been put forward to achieve evolved magmas forming large volumes of tonalitic to granitic plutons, building an important part of the continental crust. Primary magmas produced in the mantle wedge overlying the subducted slab migrate through the mantle and the crust. During the transfer, magma can accumulate in intermediate reservoirs at different levels where crystallization leads to differentiation and the heat transfer from the magma, together with gained heat from solidification, lead to partial melting of the crust. Partial melts can be assimilated and mix with more primitive magma. Moreover, already formed crystal cumulates or crystal mushes can be recycled and reactivated to transfer to higher crustal levels. Magma transport in the crust involves fow through fractures within a brittle elastic rock. The solidified magma filled crack, a dyke, can crosscut previously formed geological structures and thus serves as a relative or absolute time marker. The study area is situated in the Adamello massif. The Adamello massif is a composite of plutons that were emplaced between 42 and 29 million years. A later dyke swarm intruded into the southern part of the Adamello Batholith. A fractionation model covering dyke compositions from picrobasalts to dacites results in the cummulative crystallization of 17% olivine, 2% Cr-rich spinel, 18% clinopyroxene, 41% amphibole, 4% plagioclase and 0.1% magnetite to achieve an andesitic composition out of a hydrous primitive picrobasalt. These rocks show a similar geochemical evolution as experimental data simulating fractional crystallization and associated magma differentiation at lower crustal depth (7-10 kbar). The peraluminous, corundum normative composition is one characteristic of more evolved dacitic magmas, which has been explained in a long lasting debate with two di_erent models. Melting of mafic crust or politic material provides one model, whereas an alternative is fractionation from primary mantle derived melts. Amphibole occurring in basaltic-andesitic and andesitic dyke rocks as fractionating cumulate phase extracted from lower crustal depth (6-7.5 kbar) is driving the magmas to peraluminous, corundum normative compositions, which are represented by tonalites forming most of the Adamello Batholith. Most primitive picrobasaltic dykes have a slightly steepened chondrite normalized rare earth elements (REE) pattern and the increased enrichment of light-REE (LREE) for andesites and dacites can be explained by the fractional crystallization model originating from a picrobasalt, taking the changing fractionating phase assemblage and temperature into account. The injection of hot basaltic magma (~1050°C) in a closely spaced dyke swarm increases the surface of the contact to the mainly tonalitic wallrock. Such a setting induces partial melting of the wall rock and selective assimilation. Partial melting of the tonalite host is further expressed through intrusion breccias from basaltic dykes. Heat conduction models with instantaneous magma injection for such a dyke swarm geometry can explain features of partial melting observed in the field. Geochemical data of minerals and bulk rock further underline the selective or bulk assimilation of the tonalite host rock at upper crustal levels (~2-3 kbar), in particular with regard to light ion lithophile elements (LILE) such as Sr, Ba and Rb. Primitive picrobasalts carry an immiscible felsic assimilant as enclaves that bring along refractory rutile and zircon with textures typically found in oceanic plagiogranites or high pressure/low-temperature metamorphic rocks in general. U-Pb data implies a lower Cretaceous age for zircon not yet described as assimilant in Eocene to Oligocene magmatic rocks of the Central Southern Alps. The distribution of post-plutonic dykes in large batholiths such as the Adamello is one of the key features for understanding the regional stress field during the post-batholith emplacement cooling history. The emplacement of the regional dyke swarm covering the southern part of the Adamello massif was associated with consistent left lateral strike-slip movement along magma dilatation planes, leading to en echelon segmentation of dykes. Through the dilation by magma of pre-existing weaknesses and cracks in an otherwise uniform host rock, the dyke propagation and according orientation in the horizontal plane adjusted continuously perpendicular to least compressive remote stress σ3, resulting in an inferred rotation of the remote principal stress field. Les magmas issus des zones de subduction contribuent substantiellement à la formation de la croûte continentale. Les plutons tonalitiques et granitiques représentent, en effet, une partie importante de la croûte continentale. Des magmas primaires produits dans le 'mantle wedge ', partie du manteau se trouvant au-dessus de la plaque plongeante dans des zones de subduction, migrent à travers le manteau puis la croûte. Pendant ce transfert, le magma peut s'accumuler dans des réservoirs intermédiaires à différentes profondeurs. Le stockage de magma dans ces réservoirs engendre, d'une part, la différentiation des magmas par cristallisation fractionnée et, d'autre part, une fusion partielle la croûte continentale préexistante associée au transfert de la chaleur des magmas vers l'encaissant. Ces liquides magmatiques issus de la croûte peuvent, ensuite, se mélanger avec des magmas primaires. Le transport du magma dans la croûte implique notamment un flux de magma à travers différentes fractures recoupant les roches encaissantes élastiques. Au cours de ce processus de migration, des cumulats de cristaux ou des agrégats de cristaux encore non-solidifiés, peuvent être recyclés et réactivés pour être transportés à des niveaux supérieures de la croûte. Le terrain d'étude est situé dans le massif d'Adamello. Celui-ci est composé de plusieurs plutons mis en place entre 42 et 29 millions d'années. Dans une phase tardive de l'activité magmatique liée à ce batholite, une série de filons de composition variable allant de picrobasalte à des compositions dacitiques s'est mise en place la partie sud du massif. Deux modèles sont proposés dans la littérature, pour expliquer la formation des magmas dacitiques caractérisés par des compositions peralumineux (i.e. à corindon normatif). Le premier modèle propose que ces magmas soient issus de la fusion de matériel mafique et pélitique présent dans la partie inférieur de la croûte, alors que le deuxième modèle suggère une évolution par cristallisation fractionnée à partir de liquides primaires issus du manteau. Un modèle de cristallisation fractionnée a pu être développé pour expliquer l'évolution des filons de l'Adamello. Ce modèle explique la formation des filons dacitiques par la cristallisation fractionnée de 17% olivine, 2% spinelle riche en Cr, 18% clinopyroxène, 41% amphibole, 4% plagioclase et 0.1% magnetite à partir de liquide de compositions picrobasaltiques. Ce modèle prend en considération les contraintes pétrologiques déduites de l'observation des différents filons ainsi que du champ de stabilité des différentes phases en fonction de la température. Ces roches montrent une évolution géochimique similaire aux données expérimentales simulant la cristallisation fractionnée de magmas évoluant à des niveaux inférieurs de la croûte (7-10 kbar). Le modèle montre, en particulier, le rôle prépondérant de l'amphibole, une phase qui contrôle en particulier le caractère peralumineux des magmas différentiés ainsi que leurs compositions en éléments en traces. Des phénomènes de fusion partielle de l'encaissant tonalitique lors de la mise en place de _lons mafiques sont observée sur le terrain. L'injection du magma basaltique chaud (~1050°C) sous forme de filons rapprochés augmente la surface du contact avec l'encaissante tonalitique. Une telle situation produit la fusion partielle des roches encaissantes nécessaire à l'incorporation d'enclaves mafiques observés au sein des tonalites. Pour comprendre les conditions nécessaires pour la fusion partielle des roches encaissantes, des modèles de conduction thermique pour une injection simultanée d'une série de filons ont été développées. Des données géochimiques sur les minéraux et sur les roches totales soulignent qu'au niveau supérieur de la croûte, l'assimilation sélective ou totale de l'encaissante tonalitique modifie la composition du liquide primaire pour les éléments lithophiles tel que le Sr, Ba et Rb. Un autre aspect important concernant la pétrologie des filons de l'Adamello est la présence d'enclaves felsiques dans les filons les plus primitifs. Ces enclaves montrent, en particulier, des textures proches de celles rencontrées dans des plagiogranites océaniques ou dans des roches métamorphiques de haute pression/basse température. Ces enclaves contiennent du zircon et du rutile. La datations de ces zircons à l'aide du géochronomètre U-Pb indique un âge Crétacé inférieur. Cet âge est important, car aucune roche de cet âge n'a été considérée comme un assimilant potentiel pour des roches magmatiques d'âge Eocène à Oligocène dans les Alpes Sud Centrales. La réparation spatiale des filons post-plutoniques dans des grands batholites tel que l'Adamello, est une caractéristique clé pour la compréhension des champs de contraintes lors du refroidissement du batholite. L'orientation des filons va, en particulier, indiqué la contrainte minimal au sein des roches encaissante. La mise en place de la série de filon recoupant la partie Sud du massif de l'Adamello est associée à un décrochement senestre, un décrochement que l'on peut lié aux contraintes tectoniques régionales auxquelles s'ajoutent l'effet de la dilatation produite par la mise en place du batholite lui-même. Ce décrochement senestre produit une segmentation en échelon des filons.

Interplanetary transfer of photosynthesis: an experimental demonstration of a selective dispersal filter in planetary island biogeography.

We launched a cryptoendolithic habitat, made of a gneissic impactite inoculated with Chroococcidiopsis sp., into Earth orbit. After orbiting the Earth for 16 days, the rock entered the Earth's atmosphere and was recovered in Kazakhstan. The heat of entry ablated and heated the rock to a temperature well above the upper temperature limit for life to below the depth at which light levels are insufficient for photosynthetic organisms ( approximately 5 mm), thus killing all of its photosynthetic inhabitants. This experiment shows that atmospheric transit acts as a strong biogeographical dispersal filter to the interplanetary transfer of photosynthesis. Following atmospheric entry we found that a transparent, glassy fusion crust had formed on the outside of the rock. Re-inoculated Chroococcidiopsis grew preferentially under the fusion crust in the relatively unaltered gneiss beneath. Organisms under the fusion grew approximately twice as fast as the organisms on the control rock. Thus, the biologically destructive effects of atmospheric transit can generate entirely novel and improved endolithic habitats for organisms on the destination planetary body that survive the dispersal filter. The experiment advances our understanding of how island biogeography works on the interplanetary scale.

Patterns of alcohol consumption in the Seychelles Islands (Indian Ocean).

Self-reported drinking habits were examined in a random sample of 1067 persons aged 25-64 years in the Seychelles, a country in epidemiological transition where consumption of home-brewed, mostly unregistered beverages has been traditionally high. Alcohol consumption was calculated from respondents reporting at least one drink per week ('regular drinkers'). Among men, 51.1% were regular drinkers and had average intake of 112.1 ml alcohol a day. Among women, 5.9% were regular drinkers and had 49.7 ml alcohol a day. Frequency of drinking, but not amount per drinker, was slightly less in the 25-34-year than older-age categories. Home-brews (mostly palm toddy and fermented sugar cane juice) were consumed by 52% of regular drinkers and accounted for 54% of the total alcohol intake reported by all regular drinkers. Based on the reported consumption by regular drinkers only, the average annual alcohol consumption amounted respectively to 20.7 litres and 1.2 litres per man and woman aged 25-64 years, or, using extrapolation, 13.2 litres and 0.8 litres per man and woman respectively of the total population. These values may underestimate the true figures by half, since reported beer consumption accounted for 53% of beer sales. Socio-economic status was associated strongly and inversely with home-brew consumption, but slightly and positively with consumption of commercially marketed beverages. Alcohol intake was associated with smoking, high-density lipoprotein cholesterol, carbohydrate-deficient transferrin and blood pressure, but not with age and body mass index. In conclusion, these data show high alcohol consumption in the Seychelles with an important gender difference, a large proportion of alcohol derived from home-brews, and opposite tendencies for the relationships between socio-economic status and home-made or commercially marketed beverages.

Cardiovascular risk estimation and eligibility for statins in primary prevention comparing different strategies

Recommendations for statin use for primary prevention of coronary heart disease (CHD) are based on estimation of the 10-year CHD risk. It is unclear which risk algorithm and guidelines should be used in European populations. Using data from a population-based study in Switzerland, we first assessed 10-year CHD risk and eligibility for statins in 5,683 women and men 35 to 75 years of age without cardiovascular disease by comparing recommendations by the European Society of Cardiology without and with extrapolation of risk to age 60 years, the International Atherosclerosis Society, and the US Adult Treatment Panel III. The proportions of participants classified as high-risk for CHD were 12.5% (15.4% with extrapolation), 3.0%, and 5.8%, respectively. Proportions of participants eligible for statins were 9.2% (11.6% with extrapolation), 13.7%, and 16.7%, respectively. Assuming full compliance to each guideline, expected relative decreases in CHD deaths in Switzerland over a 10-year period would be 16.4% (17.5% with extrapolation), 18.7%, and 19.3%, respectively; the corresponding numbers needed to treat to prevent 1 CHD death would be 285 (340 with extrapolation), 380, and 440, respectively. In conclusion, the proportion of subjects classified as high risk for CHD varied over a fivefold range across recommendations. Following the International Atherosclerosis Society and the Adult Treatment Panel III recommendations might prevent more CHD deaths at the cost of higher numbers needed to treat compared with European Society of Cardiology guidelines.

Plate tectonics of the Altaids

Abstract: The Altaids consist in a huge accretionary-type belt extending from Siberia through Mon-golia, northern China, Kyrgyzstan and Kazakhstan. They were formed from the Vendian through the Jurassic by the accretion of numerous displaced and exotic terranes (e.g. island arc, ribbon microcontinent, seamount, basaltic plateau, back-arc basin). The number, nature and origin of the terranes differ according to the palaeotectonic models of the different authors. Thanks to a geo- dynamic study (i.e. definition of tectonic settings and elaboration of geodynamic scenarios) and plate tectonics modelling, this work aims to present an alternative model explaining the Palaeozoic palaeotectonic evolution of the Altaids. Based on a large set of compiled geological data related to palaeogeography and geodyna¬mic (e.g. sedimentology, stratigraphy, palaeobiogeography, palaeomagnetism, magmatism, me- tamorphism, tectonic...), a partly new classification of the terranes and sutures implicated in the formation of the Altaids is proposed. In the aim to elaborate plate tectonics reconstructions, it is necessary to fragment the present arrangement of continents into consistent geological units. To avoid confusion with existing terminology (e.g. tectonic units, tectono-stratigraphic units, micro- continents, terranes, blocks...), the new concept of "Geodynamic Units (GDU)" was introduced. A terrane may be formed by a set of GDUs. It consists of a continental and/or oceanic fragment which has its own kinematic and geodynamic evolution for a given period. With the same ap-proach, the life span and type of the disappeared oceans is inferred thanks to the study of the mate-rial contained in suture zones. The interpretation of the tectonic settings within the GDUs comple-ted by the restoration of oceans leads to the elaboration of geodynamic scenarios. Since the Wilson cycle was presented in 1967, numerous works demonstrated that the continental growth is more complex and results from diverse geodynamic scenarios. The identification of these scenarios and their exploitation enable to elaborate plate tectonics models. The models are self-constraining (i.e. space and time constraints) and contest or confirm in turn the geodynamic scenarios which were initially proposed. The Altaids can be divided into three domains: (1) the Peri-Siberian, (2) the Kazakhstan, and (3) the Tarim-North China domains. The Peri-Siberian Domain consists of displaced (i.e. Sayan Terrane Tuva-Mongolian, Lake-Khamsara Terrane) and exotic terranes (i.e. Altai-Mongolian and Khangai-Argunsky Terrane) accreted to Siberia from the Vendian through the Ordovician. Fol-lowing the accretion of these terranes, the newly formed Siberia active margin remained active un-til its part collision with the Kazakhstan Superterrane in the Carboniferous. The eastern part of the active margin (i.e. East Mongolia) continued to act until the Permian when the North-China Tarim Superterrane collided with it. The geodynamic evolution of the eastern part of the Peri-Siberian Domain (i.e. Eastern Mongolia and Siberia) is complicated by the opening of the Mongol-Okhotsk Ocean in the Silurian. The Kazakhstan Domain is composed of several continental terranes of East Gondwana origin amalgamated together during the Ordovician-Silurian time. After these different orogenic events, the Kazakhstan Superterrane evolved as a single superterrane until its collision with a Tarim-North China related-terrane (i.e. Tianshan-Hanshan Terrane) and Siberian Continent during the Devonian. This new organisation of the continents imply a continued active margin from Siberia, to North China through the Kazakhstan Superterrane and the closure of the Junggar- Balkash Ocean which implied the oroclinal bending of the Kazakhstan Superterrane during the entire Carboniferous. The formation history of the Tarim-North China Domain is less complex. The Cambrian northern passive margin became active in the Ordovician. In the Silurian, the South Tianshan back-arc Ocean was open and led to the formation of the Tianshan-Hanshan Terrane which collided with the Kazakhstan Superterrane during the Devonian. The collision between Siberia and the eastern part of the Tarim-North China continents (i.e. Inner Mongolia), implied by the closure of the Solonker Ocean, took place in the Permian. Since this time, the major part of the Altaids was formed, the Mongol-Okhotsk Ocean only was still open and closed during the Jurassic. Résumé: La chaîne des Altaïdes est une importante chaîne d'accrétion qui s'étend en Sibérie, Mon-golie, Chine du Nord, Kirghizstan et Kazakhstan. Elle s'est formée durant la période du Vendian au Jurassique par l'accrétion de nombreux terranes déplacés ou exotiques (par exemple arc océa-nique, microcontinent, guyot, plateau basaltique, basin d'arrière-arc...). Le nombre, la nature ou encore l'origine diffèrent selon les modèles paléo-tectoniques proposés par les différents auteurs. Grâce à une étude géodynamique (c'est-à-dire définition des environnements tectoniques et éla-boration de scénarios géodynamiques) et à la modélisation de la tectonique des plaques, ce travail propose un modèle alternatif expliquant l'évolution paléo-tectonique des Altaïdes. Basé sur une large compilation de données géologiques pertinentes en termes de paléo-géographie et de géodynamique (par exemple sédimentologie, stratigraphie, paléo-biogéographie, paléomagnétisme, magmatisme, métamorphisme, tectonique...), une nouvelle classification des terranes et des sutures impliqués dans la formation des Altaïdes est proposée. Dans le but d'élabo¬rer des reconstructions de plaques tectoniques, il est nécessaire de fragmenter l'arrangement actuel des continents en unités tectoniques cohérentes. Afin d'éviter les confusions avec la terminolo¬gie existante (par exemple unité tectonique, unité tectono-stratigraphique, microcontinent, block, terrane...), le nouveau concept d' "Unité Géodynamique (UGD)" a été introduit. Un terrane est formé d'une ou plusieurs UGD et représente un fragment océanique ou continental défini pas sa propre cinétique et évolution géodynamique pour une période donnée. Parallèlement, la durée de vie et le type des océans disparus (c'est-à-dire principal ou secondaire) est déduite grâce à l'étude du matériel contenu dans les zones de sutures. L'interprétation des environnements tectoniques des UGD associés à la restauration des océans mène à l'élaboration de scénarios géodynamiques. Depuis que le Cycle de Wilson a été présenté en 1967, de nombreux travaux ont démontré que la croissance continentale peut résulter de divers scénarios géodynamiques. L'identification et l'ex-ploitation de ces scénarios permet finalement l'élaboration de modèles de tectonique des plaques. Les modèles sont auto-contraignants (c'est-à-dire contraintes spatiales et temporelles) et peuvent soit contester ou confirmer les scénarios géodynamiques initialement proposés. Les Altaïdes peuvent être divisées en trois domaines : (1) le Domaine Péri-Sibérien, (2) le Domaine Kazakh, et (3) le Domaine Tarim-Nord Chinois. Le Domaine Péri-Sibérien est composé de terranes déplacés (c'est-à-dire Terrane du Sayan, Tuva-Mongol et Lake-Khamsara) et exotiques (c'est-à-dire Terrane Altai-Mongol et Khangai-Argunsky) qui ont été accrétés au craton Sibérien durant la période du Vendien à l'Ordovicien. Suite à l'accrétion de ces terranes, la marge sud-est de la Sibérie nouvellement formée reste active jusqu'à sa collision partielle avec le Superterrane Ka-zakh au Carbonifère. La partie est de la marge active (c'est-à-dire Mongolie de l'est) continue son activité jusqu'au Permien lors de sa collision avec le Superterrane Tarim-Nord Chinois. L'évolu¬tion géodynamique de la partie est du Domaine Sibérien est compliquée par l'ouverture Silurienne de l'Océan Mongol-Okhotsk qui disparaîtra seulement au Jurassique. Le Domaine Kazakh est composé de plusieurs terranes d'origine est-Gondwanienne accrétés les uns avec les autres avant ou pendant le Silurien inférieur et leurs evolution successive sous la forme d'un seul superterrane. Le Superterrane Kazakh collisione avec un terrane Tarim-Nord Chinois (c'est-à-dire Terrane du Tianshan-Hanshan) durant le Dévonien et le continent Sibérien au Dévonien supérieur. Ce nouvel agencement des plaques induit une marge active continue le long des continents Sibérien, Kazakh et Nord Chinois et la fermeture de l'Océan Junggar-Balkash qui provoque le plissement oroclinal du Superterrane Kazakh durant le Carbonifère. L'histoire de la formation du Domaine Tarim-Nord Chinois est moins complexe. La marge passive nord Cambrienne devient active à l'Ordovicien et l'ouverture Silurienne du bassin d'arrière-arc du Tianshan sud mène à la formation du terrane du Tianshan-Hanshan. La collision Dévonienne entre ce dernier et le Superterrane Kazakh provoque la fermerture de l'Océan Tianshan sud. Finalement, la collision entre la Sibérie et la partie est du continent Tarim-Nord Chinois (c'est-à-dire Mongolie Intérieure) prend place durant le Permien suite à la fermeture de l'Océan Solonker. La majeure partie des Altaïdes est alors formée, seul l'Océan Mongol-Okhotsk est encore ouvert. Ce dernier se fermera seulement au Jurassique.

Debris flow modeling for susceptibility mapping at regional to national scale in Norway

Debris flows and related landslide processes occur in many regions all over Norway and pose a significant hazard to inhabited areas. Within the framework of the development of a national debris flows susceptibility map, we are working on a modeling approach suitable for Norway with a nationwide coverage. The discrimination of source areas is based on an index approach, which includes topographic parameters and hydrological settings. For the runout modeling, we use the Flow-R model (IGAR, University of Lausanne), which is based on combined probabilistic and energetic algorithms for the assessment of the spreading of the flow and maximum runout distances. First results for different test areas have shown that runout distances can be modeled reliably. For the selection of source areas, however, additional factors have to be considered, such as the lithological and quaternary geological setting, in order to accommodate the strong variation in debris flow activity in the different geological, geomorphological and climate regions of Norway.

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.

Using spatially distributed parameters and multi-response objective functions to solve parameterization of complex applications of semi-distributed hydrological models

Application of semi-distributed hydrological models to large, heterogeneous watersheds deals with several problems. On one hand, the spatial and temporal variability in catchment features should be adequately represented in the model parameterization, while maintaining the model complexity in an acceptable level to take advantage of state-of-the-art calibration techniques. On the other hand, model complexity enhances uncertainty in adjusted model parameter values, therefore increasing uncertainty in the water routing across the watershed. This is critical for water quality applications, where not only streamflow, but also a reliable estimation of the surface versus subsurface contributions to the runoff is needed. In this study, we show how a regularized inversion procedure combined with a multiobjective function calibration strategy successfully solves the parameterization of a complex application of a water quality-oriented hydrological model. The final value of several optimized parameters showed significant and consistentdifferences across geological and landscape features. Although the number of optimized parameters was significantly increased by the spatial and temporal discretization of adjustable parameters, the uncertainty in water routing results remained at reasonable values. In addition, a stepwise numerical analysis showed that the effects on calibration performance due to inclusion of different data types in the objective function could be inextricably linked. Thus caution should be taken when adding or removing data from an aggregated objective function.