Granulometry, mineralogy and organic matter content of permafrost core 5011-3

The combination of permafrost history and dynamics, lake level changes and the tectonical framework is considered to play a crucial role for sediment delivery to El'gygytgyn Crater Lake, NE Russian Arctic. The purpose of this study is to propose a depositional framework based on analyses of the core strata from the lake margin and historical reconstructions from various studies at the site. A sedimentological program has been conducted using frozen core samples from the 141.5 m long El'gygytgyn 5011-3 permafrost well. The drill site is located in sedimentary permafrost west of the lake that partly fills the El'gygytgyn Crater. The total core sequence is interpreted as strata building up a progradational alluvial fan delta. Four macroscopically distinct sedimentary units are identified. Unit 1 (141.5-117.0 m) is comprised of ice-cemented, matrix-supported sandy gravel and intercalated sandy layers. Sandy layers represent sediments which rained out as particles in the deeper part of the water column under highly energetic conditions. Unit 2 (117.0-24.25 m) is dominated by ice-cemented, matrix-supported sandy gravel with individual gravel layers. Most of the Unit 2 diamicton is understood to result from alluvial wash and subsequent gravitational sliding of coarse-grained (sandy gravel) material on the basin slope. Unit 3 (24.25-8.5 m) has ice-cemented, matrix-supported sandy gravel that is interrupted by sand beds. These sandy beds are associated with flooding events and represent near-shore sandy shoals. Unit 4 (8.5-0.0 m) is ice-cemented, matrix-supported sandy gravel with varying ice content, mostly higher than below. It consists of slope material and creek fill deposits. The uppermost metre is the active layer (i.e. the top layer of soil with seasonal freeze and thaw) into which modern soil organic matter has been incorporated. The nature of the progradational sediment transport taking place from the western and northern crater margins may be related to the complementary occurrence of frequent turbiditic layers in the central lake basin, as is known from the lake sediment record. Slope processes such as gravitational sliding and sheet flooding occur especially during spring melt and promote mass wasting into the basin. Tectonics are inferred to have initiated the fan accumulation in the first place and possibly the off-centre displacement of the crater lake.

Potential Shifts in Canadian High Arctic Sedimentary Organic Matter Composition With Permafrost Active Layer Detachments

Increased temperature and precipitation in Arctic regions have led to deeper thawing and structural instability in permafrost soil. The resulting localized disturbances, referred to as active layer detachments (ALDs), may transport organic matter (OM) to more biogeochemically active zones. To examine this further, solid state cross polarization magic angle spinning 13C nuclear magnetic resonance (CPMAS NMR) and biomarker analysis were used to evaluate potential shifts in riverine sediment OM composition due to nearby ALDs within the Cape Bounty Arctic Watershed Observatory, Nunavut, Canada. In sedimentary OM near ALDs, NMR analysis revealed signals indicative of unaltered plant-derived material, likely derived from permafrost. Long chain acyclic aliphatic lipids, steroids, cutin, suberin and lignin occurred in the sediments, consistent with a dominance of plant-derived compounds, some of which may have originated from permafrost-derived OM released by ALDs. OM degradation proxies for sediments near ALDs revealed less alteration in acyclic aliphatic lipids, while constituents such as steroids, cutin, suberin and lignin were found at a relatively advanced stage of degradation. Phospholipid fatty acid analysis indicated that microbial activity was higher near ALDs than downstream but microbial substrate limitation was prevalent within disturbed regions. Our study suggests that, as these systems recover from disturbance, ALDs likely provide permafrost-derived OM to sedimentary environments. This source of OM, which is enriched in labile OM, may alter biogeochemical patterns and enhance microbial respiration within these ecosystems.

Exploring several nonconventional interactions of ice-binding proteins

Traditionally, ice-binding proteins (IBPs), also known as antifreeze proteins (AFPs), have been defined by two universal activities: ice recrystallization inhibition and thermal hysteresis. However, there remains the possibility IBPs have other complementary functions given the diversity found within this protein group. This thesis explores some of these in both natural and applied settings, in the hopes of furthering our understanding of this remarkable group of proteins. Plant IBPs could function as part of a defensive strategy against ice nucleators produced by certain pathogens. To assess this hypothesis, recombinant IBPs from perennial ryegrass and purple false brome were combined with the ice nucleation protein (INP) from the plant pathogen, Pseudomonas syringae. Strikingly, the plant proteins depressed the freezing point of the bacterial INP, while a fish AFP could not, nor did the INPs have any effect on IBP activity. Thus, the interaction between these two different proteins suggests a role in plant defensive strategies against pathogenic bacteria as another IBP function. In addition, the potential use of hyperactive insect IBPs in organ preservation was investigated. Current kidney preservation techniques involve storing the organ at 4 °C for a maximum of 24 h prior to transplantation. Extending this “safe” time would have profound effects on renal transplants, however, ischemic injury is prevalent when storage periods are prolonged. Experiments described here allowed subzero preservation for 72 h with the addition of a beetle IBP to CryoStasis® solution. Kidneys stored using the traditional technique for 24 h and the method developed here for 72 h showed similar levels of biomarker enzymes, underscoring the potential utility of insect IBPs for future transplant purposes. Finally, IBP function in the freeze-tolerant gall fly, Eurosta solidaginis, was examined. Larvae representing the mid-autumn stage displayed ice-binding activity, suggesting an IBP is being expressed, possibly as a protective measure against freezing damage when fall temperatures can unpredictably drop. IBP activity was also observed in the larvae’s host plant, Solidago spp. Mass spectrometry analysis of ice-affinity purified plant extracts provided three candidate pathogenesis-related proteins that could be responsible for the detected activity, further demonstrating additional functions of IBPs.

The impact of political and economic crisis on the polarization of the Spanish media

In this paper the characteristics of the cyclical political polarization of the Spanish media system are defined. From this study, a prospective analysis raises doubts about this scenario remains unchanged because of the political and economic crisis. It seeks to define the role played by political and media actors in polarization focusing on the two legislatures where the tension reached higher levels (1993-1996 and 2004-2008) and compares it with the developments faced by them in the current economical and political context of crisis. To achieve these aims, it has been performed an analysis of media content (since 1993) and looked through primary sociological sources and the scientific literature about polarization. This is an exploratory, critical and descriptive case analysis.

Material Evaluation of an Elastomer, Epoxy and Lightweight Concrete Rail Attachment System for Direct Fixation Light Rail Applications

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Incapsulamento di complessi organometallici e lantanoidei con silice e sviluppo come traccianti di supporti ceramici

Lo scopo di questo lavoro di tesi sperimentale consiste nell’ideazione e nell’ottimizzazione di nuove forme d’ingegnerizzazione di sistemi nano e micrometrici di silice (SiO2) in cui sono stati incorporati complessi di metalli di transizione e lantanoidei. Lo studio è scaturito dalla prospettiva di poter trasferire le caratteristiche di luminescenza dei complessi dalla scala molecolare di sintesi a quella macroscopica, attraverso l’utilizzo di una opportuna matrice veicolante. Dopo una intensa sessione di lavoro dedicata all’ottimizzazione della sintesi e delle caratteristiche di stabilità e resistenza dei sistemi, dalla fase sol fino ai micronizzati, si è sviluppata una possibile applicazione industriale come substrato tessile dotato di funzioni eventualmente antibatteriche. This experimental work is aimed at exploiting and optimizing new and convenient ways to incorporate organometallic and lanthanoid complexes into silica-based colloid matrices. Following a similar approach, the luminescent properties of both organometallic and lanthanoid complexes could be kept unaltered on passing from the molecular to nanometric scale (sol), ending up to micrometer sized systems (micro-powders). The subsequent optimization of the processes led to systems that were loaded onto the surface of fabric, which were successively studied for their light-induced antimicrobial abilities.

Evaluation of fly ash in water reduced paving mixtures, 1984

Fly ash was used to replace 15% of the cement in C3WR and C6WR concrete paving mixes containing ASTM C494 Type A water reducin9 admixtures. Two Class C ashes and one Class F ash from Iowa approved sources were examined in each mix. When Class C ashes were used they were substituted on the basis of 1 pound of ash added for each pound of cement deleted. When Class F was used it was substituted on the basis of 1.25 pounds of ash added for each pound of cement deleted. Compressive strengths of the water reduced mixes, with and without fly ash, were determined at 7, 28, and 56 days of age. In every case except one the mixes containing the fly ash exhibited higher strengths than the same concrete mix without the fly ash. An excellent correlation existed between the C3WR and C6WR mixes both with and without fly ash substitutions. The freeze-thaw durability of the concrete studied was not affected by presence or absence of fly ash. The data gathered suggests that the present Class C water reduced concrete paving mixes can be modified to allow the substitution of 15% of the cement with an approved fly ash.

Diversité microbienne associée au cycle du méthane dans les mares de fonte du pergélisol subarctique

La fonte et l’effondrement du pergélisol riche en glace dans la région subarctique du Québec ont donné lieu à la formation de petits lacs (mares de thermokarst) qui émettent des gaz à effet de serre dans l’atmosphère tels que du dioxyde de carbone et du méthane. Pourtant, la composition de la communauté microbienne qui est à la base des processus biogéochimiques dans les mares de fonte a été très peu étudiée, particulièrement en ce qui concerne la diversité et l’activité des micro-organismes impliqués dans le cycle du méthane. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier la diversité phylogénétique et fonctionnelle des micro-organismes dans les mares de fonte subarctiques en lien avec les caractéristiques de l’environnement et les émissions de méthane. Pour ce faire, une dizaine de mares ont été échantillonnées dans quatre vallées situées à travers un gradient de fonte du pergélisol, et disposant de différentes propriétés physico-chimiques. Selon les vallées, les mares peuvent être issues de la fonte de palses (buttes de tourbe, à dominance organique) ou de lithalses (buttes de sol à dominance minérale) ce qui influence la nature du carbone organique disponible pour la reminéralisation microbienne. Durant l’été, les mares étaient fortement stratifiées; il y avait un fort gradient physico-chimique au sein de la colonne d’eau, avec une couche d’eau supérieure oxique et une couche d’eau profonde pauvre en oxygène ou anoxique. Pour identifier les facteurs qui influencent les communautés microbiennes, des techniques de séquençage à haut débit ont été utilisées ciblant les transcrits des gènes de l’ARNr 16S et des gènes impliqués dans le cycle du méthane : mcrA pour la méthanogenèse et pmoA pour la méthanotrophie. Pour évaluer l’activité des micro-organismes, la concentration des transcrits des gènes fonctionnels a aussi été mesurée avec des PCR quantitatives (qPCR). Les résultats montrent une forte dominance de micro-organismes impliqués dans le cycle du méthane, c’est-à-dire des archées méthanogènes et des bactéries méthanotrophes. L’analyse du gène pmoA indique que les bactéries méthanotrophes n’étaient pas seulement actives à la surface, mais aussi dans le fond de la mare où les concentrations en oxygène étaient minimales; ce qui est inattendu compte tenu de leur besoin en oxygène pour consommer le méthane. En général, la composition des communautés microbiennes était principalement influencée par l’origine de la mare (palse ou lithalse), et moins par le gradient de dégradation du pergélisol. Des variables environnementales clefs comme le pH, le phosphore et le carbone organique dissous, contribuent à la distinction des communautés microbiennes entre les mares issues de palses ou de lithalses. Avec l’intensification des effets du réchauffement climatique, ces communautés microbiennes vont faire face à des changements de conditions qui risquent de modifier leur composition taxonomique, et leurs réponses aux changements seront probablement différentes selon le type de mares. De plus, dans le futur les conditions d’oxygénation au sein des mares seront soumises à des modifications majeures associées avec un changement dans la durée des périodes de fonte de glace et de stratification. Ce type de changement aura un impact sur l’équilibre entre la méthanogenèse et la méthanotrophie, et affectera ainsi les taux d’émissions de méthane. Cependant, les résultats obtenus dans cette thèse indiquent que les archées méthanogènes et les bactéries méthanotrophes peuvent développer des stratégies pour survivre et rester actives au-delà des limites de leurs conditions d’oxygène habituelles.

Effet des charges sur les chaussées en période de restriction des charges - volet terrain

Dans un contexte climatique rigoureux comme celui du Québec, l’interaction entre la charge et le climat a une grande influence sur la performance des structures de chaussées flexibles (Doré et Zubeck, 2009). Pendant le dégel printanier, avec la fonte de la glace, la chaussée s’affaiblit et cet affaiblissement la rend vulnérable à la sollicitation par le trafic lourd ce qui accélère divers phénomènes de dégradation, notamment l’endommagement par fatigue et l’orniérage structural (Farcette, 2010). Afin de minimiser les effets des charges lourdes sur une chaussée affaiblie lors du printemps, les administrations routières choisissent souvent de limiter les charges par essieu ou par véhicule lors du dégel. L’objectif de ce projet est de développer un outil d’aide pour la gestion des restrictions de charge en période de dégel en fonction des données recueillies par les stations de météo routière. Deux sections expérimentales composées des mêmes matériaux mais avec des épaisseurs d’enrobés bitumineux différentes situées au Site Expérimental Routier de l’Université Laval (SERUL) ont été utilisées pour ce projet. Pour bien interpréter le comportement des structures, des jauges de déformations verticales et horizontales, des jauges de contraintes, des jauges de teneur en eau et des thermistances ont été installées dans chaque couche. Pour solliciter mécaniquement la chaussée, un déflectomètre à masse tombante (FWD) a été utilisé. Les résultats obtenus ont permis de de bien comprendre les mécanismes d’affaiblissement de la chaussée durant la période de dégel. Ils ont aussi montré que l’application d’une période de restriction de charge pendant la période de dégel permettait d’avoir un gain sur la durée de vie de la chaussée, cette période de restriction est donc justifiée et efficace. Néanmoins, pour une meilleure gestion du réseau routier, de nouveaux critères pour mieux déterminer la période de restriction de charges sont proposés.

Dynamique de l'oxygène et l'activité microbienne dans les lacs de fonte du pergélisol subarctique

Les lacs de thermokarst (lacs peu profonds créés par le dégel et l’érosion du pergélisol riche en glace) sont un type unique d’écosystèmes aquatiques reconnus comme étant de grands émetteurs de gaz à effet de serre vers l’atmosphère. Ils sont abondants dans le Québec subarctique et ils jouent un rôle important à l’échelle de la planète. Dans certaines régions, les lacs de thermokarst se transforment rapidement et deviennent plus grands et plus profonds. L’objectif de cette étude était d’améliorer la compréhension et d’évaluer quelles variables sont déterminantes pour la dynamique de l’oxygène dans ces lacs. C’est pourquoi j’ai examiné les possibles changements futurs de la dynamique de l’oxygène dans ces lacs dans un contexte de réchauffement climatique. Une grande variété de méthodes ont été utilisées afin de réaliser cette recherche, dont des analyses in situ et en laboratoire, ainsi que la modélisation. Des capteurs automatisés déployés dans cinq lacs ont mesuré l’oxygène, la conductivité et la température de la colonne d’eau en continu de l’été 2012 jusqu’à l’été 2015, à des intervalles compris entre 10 à 60 minutes. Des analyses en laboratoire ont permis de déterminer la respiration et les taux de production bactériens, les variables géochimiques limnologiques, ainsi que la distribution de la production bactérienne entre les différentes fractions de taille des communautés. La température de l’eau et les concentrations d’oxygène dissous d’un lac de thermokarst ont été modélisées avec des données du passé récent (1971) au climat futur (2095), en utilisant un scénario modéré (RCP 4.5) et un scénario plus extrême (RCP 8.5) de réchauffement climatique. Cette recherche doctorale a mis en évidence les conditions anoxiques fréquentes et persistantes présentes dans de nombreux lacs de thermokarst. Aussi, ces lacs sont stratifiés pendant l’hiver comme des concentrations élevées d’ions s’accumulent dans leurs hypolimnions à cause de la formation du couvert de glace (cryoconcentration) et de la libération des ions avec la respiration bactérienne. Les différences de température contribuent également à la stabilité de la stratification. La dynamique de mélange des lacs de thermokarst étudiés était contrastée : la colonne d’eau de certains lacs se mélangeait entièrement deux fois par année, d’autres lacs se mélangeaient qu’une seule fois en automne, alors que certains lacs ne se mélangeaient jamais entièrement. Les populations bactériennes étaient abondantes et très actives, avec des taux respiratoires comparables à ceux mesurés dans des écosystèmes méso-eutrophes ou eutrophes des zones tempérées de l’hémisphère nord. L’érosion des matériaux contenus dans le sol des tourbières pergélisolées procure un substrat riche en carbone et en éléments nutritifs aux populations bactériennes, et ils constituent des habitats propices à la colonisation par des populations de bactéries associées aux particules. Le modèle de la concentration d’oxygène dissous dans un lac a révélé que le réchauffement des températures de l’air pourrait amincir le couvert de glace et diminuer sa durée, intensifiant le transfert de l’oxygène atmosphérique vers les eaux de surface. Ainsi, la concentration en oxygène dissous dans la colonne d’eau de ce lac augmenterait et les périodes de conditions anoxiques pourraient devenir plus courtes. Finalement, cette thèse doctorale insiste sur le rôle des lacs de thermokarst comme des réacteurs biogéochimiques pour la dégradation du carbone organique, qui était retenu dans les sols gelés, en gaz à effet de serre libérés dans l’atmosphère. L’oxygène est un indicateur sensible du mélange de la colonne d’eau et de la dynamique chimique des lacs, en plus d’être une variable clé des processus métaboliques.