Non-pollen palynomorphs and thecamoebians as proxies of environmental and anthropogenic change: a case study from Lake Simcoe, Ontario, Canada

The distribution of aquatic microfossils and pollen in the long core from Lake Simcoe (LS07PC5) shows synchronous response since deglaciation, highlighting the potential of little-known non-pollen palynomorphs (NPP) as paleolimnological indicators. Upcore variations in NPP, thecamoebians and pollen reflect hydrological and climatic variations: onset of the Main Lake Algonquin, the draining of Lake Algonquin, the early Holocene drought, the midto late Holocene climate shifts including mid-Holocene drought and the Little Ice Age, and human settlement. The distribution of microfossils in the short cores (CB1 and SB1) shows the level of eutrophication decreasing gradually from Cook’s Bay to the Atherley Narrows outflow due to differences in the extent of anthropogenic impact and cumulative retention of phosphorous within sediments. Changes in assemblages and concentration of NPP within the cores reflect the history of settlement within Lake Simcoe basin, recording temporal differences in eutrophication.

Algal and protozoan response to Holocene climate change and anthropogenic impact: a case study from Sluice Pond, MA

Sluice Pond is a small (18 ha) and deep (Zmax 20.0 m) partially meromictic, pond in Lynn, Massachusetts that contains a diverse dinocyst record since the early Holocene. High dinocyst concentrations, including morphotypes not previously described, as well as the preservation of several specimens of cellulosic thecae are attributed to low dissolved oxygen (DO) in the basin. The fossil protozoan record supports the interpretation- thecamoebians were unable to colonize the basin until the middle Holocene and only became abundant when the drought-induced lowstand oxygenated the bottom waters. Protozoans tolerant of low DO became abundant through the late Holocene as water levels rose and cultural eutrophication produced a sharp increase in biochemical oxygen demand (BOD) beginning in the 17th century. Recent sediments contain a dominance of Peridinium willei, indicating cultural eutrophication and the planktonic ciliate Codonella cratera and the thecamoebian Cucurbitella tricuspis in the deep basin. Above the chemocline however, a diverse difflugiid thecamoebian assemblage is present.

Relationship between Socio-Demographic Factors and Familial and Partner Pressures to Conceive in HIV-Positive Women in Ontario

This study examined the relationship between socio-demographic factors and family and partner pressure to conceive in women living with HIV in Ontario, Canada. A total of 490 women, aged 18-52 years were included in the study. The HIV Pregnancy Planning Questionnaire was used to collect data on socio-demographic, medical, and pressure variables. Multivariate logistic regression analysis suggest that increased age, years lived in Canada, and living in Toronto were associated with lower odds, and being married and having 0-1 lifetime births were associated with higher odds of family pressure to conceive. Increased age was associated with lower odds, and being married and living in Toronto were associated with higher odds of partner pressure to conceive. Findings suggest that socio-demographic factors influence the fertility decision-making process. Health care providers should consider socio-demographic factors along with medical factors when assisting women living with HIV and their partners to make informed reproductive decisions.

Facteurs associés à la présence d’une orchidée rare au Québec : Arethusa bulbosa L.

L’aréthuse bulbeuse (Arethusa bulbosa L.) est une orchidée tourbicole rare au Québec de par la petite taille de ses populations et les pressions qui pèsent sur son habitat. L’aréthuse est reconnue comme étant intolérante aux changements édaphiques de son habitat, notamment en regard du drainage. Afin de déterminer si l’aréthuse est une bonne espèce indicatrice de l’intégrité écologique des tourbières, cette étude compare des parcelles où l’espèce est présente et où elle est absente. Au cours des étés 2009 et 2010, 37 tourbières du Québec méridional ont été échantillonnées. Des analyses discriminantes ont mis en évidence les facteurs naturels ou d’origine anthropique qui expliquent le mieux la différence entre les quatre types de parcelles. Aussi, la recherche d’espèces indicatrices de la présence de l’aréthuse a été réalisée grâce à la méthode INDVAL. Les résultats montrent que l’aréthuse pousse principalement dans des tourbières présentant des conditions minérotrophes, ce qui est appuyé par le pH élevé et la présence de plantes indicatrices de minérotrophie dans les parcelles contenant l’aréthuse. Cette dernière semble aussi profiter d’une certaine atténuation de la lumière par des arbres dispersés ou par les strates plus basses. Finalement, certaines perturbations de faible ampleur semblent être bénéfiques pour l’aréthuse, ce qui ne permet pas d’affirmer qu’elle est une bonne espèce indicatrice de l’intégrité écologique des tourbières.

Communication et animalité : cartographie d'un commerce

Thèse réalisée en co-tutelle avec le Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris.

Variations interindividuelles des performances cognitives et conséquences évolutives chez une population naturelle de mésange charbonnière (Parus major)

Les animaux font face à des changements environnementaux brutaux dus aux modifications de milieux liés à l'activité humaine et aux changements climatiques, et doivent s'ajuster rapidement à leur nouvel environnement. Certains processus cognitifs comme l'innovation et l'apprentissage permettent aux animaux d'intégrer de nouveaux comportements à leur répertoire comportemental (flexibilité comportementale), leur donnant l'opportunité d'intégrer un comportement plus optimal pour s'ajuster. Les performances cognitives varient entre espèces et les individus d'une même population et bien que des études récentes se soient intéressées aux causes des variations interindividuelles des performances cognitives, les conséquences restent peu explorées. Dans cette thèse, les questions des pressions de sélection s'exerçant sur les capacités cognitives sont abordées afin de mieux comprendre l'évolution de ces traits au sein d'une population naturelle de mésange charbonnière Parus major. Un nouveau test de résolution de problème a tout d'abord été présenté à des couples reproducteurs directement en milieu naturel. Les résultats ont montré que les couples les plus performants à résoudre la tâche surpassaient les couples les moins performants sur plusieurs mesures de succès reproducteur. Afin de vérifier que la motivation à nourrir les poussins ne biaisait pas cette relation, la taille de nichée a ensuite été manipulée, ce qui n'a pas affecté la performance subséquente des parents. Les couples innovateurs démontraient un meilleur succès reproducteur quel que soit le changement de la taille de nichée subit, ce qui suggère que cette performance influence bien le succès de reproduction, et non l'inverse. De plus, les couples innovateurs approvisionnaient leurs poussins plus souvent que les couples non innovateurs, suggérant que les innovateurs pourraient exploiter leur habitat de façon plus optimale. Dans un troisième temps, plusieurs caractéristiques morphologiques, dont la coloration des plumes, ont été reliées aux performances de résolution de problème et d'apprentissage. Ces liens, bien que complexes et condition-dépendants, pourraient indiquer un rôle de ces performances lors de la sélection sexuelle. Enfin, afin de tester l'effet du parasite sanguin du paludisme sur les traits comportementaux, un médicament contre le paludisme a été injecté à des femelles reproductrices. Cette injection n'a pas modifié leurs performances cognitives mais a augmenté leur niveau d'activité et d'exploration du nichoir en réponse à la tâche de résolution de problème. Ce parasite sanguin, très présent chez les populations depassereaux, pourrait donc expliquer les variations interindividuelles et interpopulationnelles de certains traits comportementaux en milieu naturel, au même titre que dans nombreux autres systèmes hôte-parasites étudiés. Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de détailler pour la première fois la relation entre une performance cognitive et le succès reproducteur chez une population aviaire naturelle, une relation robuste et non influencée par la motivation à nourrir la couvée. Cette performance cognitive est reliée à plusieurs traits morphologiques, mais non à la charge parasitaire. Une meilleure exploitation de l'habitat et habileté à s'occuper des poussins pourrait expliquer cette relation.

Electrical Characteristics of n-ZnO/p-Si Heterojunction Diodes Grown by Pulsed Laser Deposition at Different Oxygen Pressures

Heterojunction diodes of n-type ZnO/p-type silicon (100) were fabricated by 12 pulsed laser deposition of ZnO films on p-Si substrates in oxygen ambient at 13 different pressures. These heterojunctions were found to be rectifying with a 14 maximum forward-to-reverse current ratio of about 1,000 in the applied 15 voltage range of -5 V to +5 V. The turn-on voltage of the heterojunctions was 16 found to depend on the ambient oxygen pressure during the growth of the ZnO 17 film. The current density–voltage characteristics and the variation of the 18 series resistance of the n-ZnO/p-Si heterojunctions were found to be in line 19 with the Anderson model and Burstein-Moss (BM) shift.

Estimation of Effective Impervious Surface Area of Cochin using Satellite Images

Urbanization refers to the process in which an increasing proportion of a population lives in cities and suburbs. Urbanization fuels the alteration of the Land use/Land cover pattern of the region including increase in built-up area, leading to imperviousness of the ground surface. With increasing urbanization and population pressures; the impervious areas in the cities are increasing fast. An impervious surface refers to an anthropogenic ally modified surface that prevents water from infiltrating into the soil. Surface imperviousness mapping is important for the studies related to water cycling, water quality, soil erosion, flood water drainage, non-point source pollution, urban heat island effect and urban hydrology. The present study estimates the Total Impervious Area (TIA) of the city of Kochi using high resolution satellite image (LISS IV, 5m. resolution). Additionally the study maps the Effective Impervious Area (EIA) by coupling the capabilities of GIS and Remote Sensing. Land use/Land cover map of the study area was prepared from the LISS IV image acquired for the year 2012. The classes were merged to prepare a map showing pervious and impervious area. Supervised Maximum Likelihood Classification (Supervised MLC),which is a simple but accurate method for image classification, is used in calculating TIA and an overall classification accuracy of 86.33% was obtained. Water bodies are 100% pervious, whereas urban built up area are 100% impervious. Further based on percentage of imperviousness, the Total Impervious Area is categorized into various classes

Comprehensive evaluation of the WaterGAP3 model across climatic, physiographic, and anthropogenic gradients

In den letzten Jahrzehnten haben sich makroskalige hydrologische Modelle als wichtige Werkzeuge etabliert um den Zustand der globalen erneuerbaren Süßwasserressourcen flächendeckend bewerten können. Sie werden heutzutage eingesetzt um eine große Bandbreite wissenschaftlicher Fragestellungen zu beantworten, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen anthropogener Einflüsse auf das natürliche Abflussregime oder der Auswirkungen des globalen Wandels und Klimawandels auf die Ressource Wasser. Diese Auswirkungen lassen sich durch verschiedenste wasserbezogene Kenngrößen abschätzen, wie z.B. erneuerbare (Grund-)Wasserressourcen, Hochwasserrisiko, Dürren, Wasserstress und Wasserknappheit. Die Weiterentwicklung makroskaliger hydrologischer Modelle wurde insbesondere durch stetig steigende Rechenkapazitäten begünstigt, aber auch durch die zunehmende Verfügbarkeit von Fernerkundungsdaten und abgeleiteten Datenprodukten, die genutzt werden können, um die Modelle anzutreiben und zu verbessern. Wie alle makro- bis globalskaligen Modellierungsansätze unterliegen makroskalige hydrologische Simulationen erheblichen Unsicherheiten, die (i) auf räumliche Eingabedatensätze, wie z.B. meteorologische Größen oder Landoberflächenparameter, und (ii) im Besonderen auf die (oftmals) vereinfachte Abbildung physikalischer Prozesse im Modell zurückzuführen sind. Angesichts dieser Unsicherheiten ist es unabdingbar, die tatsächliche Anwendbarkeit und Prognosefähigkeit der Modelle unter diversen klimatischen und physiographischen Bedingungen zu überprüfen. Bisher wurden die meisten Evaluierungsstudien jedoch lediglich in wenigen, großen Flusseinzugsgebieten durchgeführt oder fokussierten auf kontinentalen Wasserflüssen. Dies steht im Kontrast zu vielen Anwendungsstudien, deren Analysen und Aussagen auf simulierten Zustandsgrößen und Flüssen in deutlich feinerer räumlicher Auflösung (Gridzelle) basieren. Den Kern der Dissertation bildet eine umfangreiche Evaluierung der generellen Anwendbarkeit des globalen hydrologischen Modells WaterGAP3 für die Simulation von monatlichen Abflussregimen und Niedrig- und Hochwasserabflüssen auf Basis von mehr als 2400 Durchflussmessreihen für den Zeitraum 1958-2010. Die betrachteten Flusseinzugsgebiete repräsentieren ein breites Spektrum klimatischer und physiographischer Bedingungen, die Einzugsgebietsgröße reicht von 3000 bis zu mehreren Millionen Quadratkilometern. Die Modellevaluierung hat dabei zwei Zielsetzungen: Erstens soll die erzielte Modellgüte als Bezugswert dienen gegen den jegliche weiteren Modellverbesserungen verglichen werden können. Zweitens soll eine Methode zur diagnostischen Modellevaluierung entwickelt und getestet werden, die eindeutige Ansatzpunkte zur Modellverbesserung aufzeigen soll, falls die Modellgüte unzureichend ist. Hierzu werden komplementäre Modellgütemaße mit neun Gebietsparametern verknüpft, welche die klimatischen und physiographischen Bedingungen sowie den Grad anthropogener Beeinflussung in den einzelnen Einzugsgebieten quantifizieren. WaterGAP3 erzielt eine mittlere bis hohe Modellgüte für die Simulation von sowohl monatlichen Abflussregimen als auch Niedrig- und Hochwasserabflüssen, jedoch sind für alle betrachteten Modellgütemaße deutliche räumliche Muster erkennbar. Von den neun betrachteten Gebietseigenschaften weisen insbesondere der Ariditätsgrad und die mittlere Gebietsneigung einen starken Einfluss auf die Modellgüte auf. Das Modell tendiert zur Überschätzung des jährlichen Abflussvolumens mit steigender Aridität. Dieses Verhalten ist charakteristisch für makroskalige hydrologische Modelle und ist auf die unzureichende Abbildung von Prozessen der Abflussbildung und –konzentration in wasserlimitierten Gebieten zurückzuführen. In steilen Einzugsgebieten wird eine geringe Modellgüte hinsichtlich der Abbildung von monatlicher Abflussvariabilität und zeitlicher Dynamik festgestellt, die sich auch in der Güte der Niedrig- und Hochwassersimulation widerspiegelt. Diese Beobachtung weist auf notwendige Modellverbesserungen in Bezug auf (i) die Aufteilung des Gesamtabflusses in schnelle und verzögerte Abflusskomponente und (ii) die Berechnung der Fließgeschwindigkeit im Gerinne hin. Die im Rahmen der Dissertation entwickelte Methode zur diagnostischen Modellevaluierung durch Verknüpfung von komplementären Modellgütemaßen und Einzugsgebietseigenschaften wurde exemplarisch am Beispiel des WaterGAP3 Modells erprobt. Die Methode hat sich als effizientes Werkzeug erwiesen, um räumliche Muster in der Modellgüte zu erklären und Defizite in der Modellstruktur zu identifizieren. Die entwickelte Methode ist generell für jedes hydrologische Modell anwendbar. Sie ist jedoch insbesondere für makroskalige Modelle und multi-basin Studien relevant, da sie das Fehlen von feldspezifischen Kenntnissen und gezielten Messkampagnen, auf die üblicherweise in der Einzugsgebietsmodellierung zurückgegriffen wird, teilweise ausgleichen kann.

Trace elements biogeochemistry in high mountain lake catchments: identifying anthropogenic versus natural components from the atmospheric contamination legacy in remote natural areas

Human activities have been interfering with the natural biogeochemical cycles of trace elements since the ancient civilizations. Although they are inaccessible and remote, high mountain lake catchments are irrefutably trace-element contaminated by anthropogenic emissions, which can travel by long-range atmospheric transport before they are deposited. This has been revealed by several natural archives. High mountain lake catchments are thus excellent sentinels of long-range contamination. Continuous accumulation can lead to a build up of potentially toxic trace elements in these remote, or relatively remote, ecosystems. The thesis focuses on the biogeochemistry of a suite of trace elements of environmental concern (Ni, Cu, Zn, As, Se, Cd and Pb) in Pyrenean lake catchments, with special emphasis on discerning the “natural” components from the “anthropogenic” contributions. Five other metallic elements (Al, Fe, Ti, Mn and Zr) have also been studied to trace natural fluxes and biogeochemical processes within the lake catchment systems.

Lagrangian analysis of low level anthropogenic plume processing across the North Atlantic

The photochemical evolution of an anthropogenic plume from the New-York/Boston region during its transport at low altitudes over the North Atlantic to the European west coast has been studied using a Lagrangian framework. This plume, originally strongly polluted, was sampled by research aircraft just off the North American east coast on 3 successive days, and 3 days downwind off the west coast of Ireland where another aircraft re-sampled a weakly polluted plume. Changes in trace gas concentrations during transport were reproduced using a photochemical trajectory model including deposition and mixing effects. Chemical and wet deposition processing dominated the evolution of all pollutants in the plume. The mean net O3 production was evaluated to be -5 ppbv/day leading to low values of O3 by the time the plume reached Europe. Wet deposition of nitric acid was responsible for an 80% reduction in this O3 production. If the plume had not encountered precipitation, it would have reached the Europe with O3 levels up to 80-90 ppbv, and CO levels between 120 and 140 ppbv. Photochemical destruction also played a more important role than mixing in the evolution of plume CO due to high levels of both O3 and water vapour showing that CO cannot always be used as a tracer for polluted air masses, especially for plumes transported at low altitudes. The results also show that, in this case, an important increase in the O3/CO slope can be attributed to chemical destruction of CO and not to photochemical O3 production as is often assumed.

Vertical structure of anthropogenic zonal-mean atmospheric circulation change

The atmospheric circulation changes predicted by climate models are often described using sea level pressure, which generally shows a strengthening of the mid-latitude westerlies. Recent observed variability is dominated by the Northern Annular Mode (NAM) which is equivalent barotropic, so that wind variations of the same sign are seen at all levels. However, in model predictions of the response to anthropogenic forcing, there is a well-known enhanced warming at low levels over the northern polar cap in winter. This means that there is a strong baroclinic component to the response. The projection of the response onto a NAM-like zonal index varies with height. While at the surface most models project positively onto the zonal index, throughout most of the depth of the troposphere many of the models give negative projections. The response to anthropogenic forcing therefore has a distinctive baroclinic signature which is very different to the NAM

Anthropogenic snowfall events in the UK: examples of urban weather modification?

Snow in the UK is generally associated with synoptic or mesoscale weather systems, thus snowfall during quiescent anticyclonic conditions is surprising and might not even be forecast. Consequently it could present a hazard. Snowfall during anticyclonic freezing fog conditions at Didcot and Hereford in December 2006 is investigated here. These two snowfalls seem to present circumstances in which anthropogenically-produced aerosols could have provided ice nuclei within the freezing fog, and therefore might provide characteristic examples of Anthropogenic Snowfall Events (ASEs).

Sonic to ultrasonic Q of sandstones and limestones: Laboratory measurements at in situ pressures

Laboratory measurements of the attenuation and velocity dispersion of compressional and shear waves at appropriate frequencies, pressures, and temperatures can aid interpretation of seismic and well-log surveys as well as indicate absorption mechanisms in rocks. Construction and calibration of resonant-bar equipment was used to measure velocities and attenuations of standing shear and extensional waves in copper-jacketed right cylinders of rocks (30 cm in length, 2.54 cm in diameter) in the sonic frequency range and at differential pressures up to 65 MPa. We also measured ultrasonic velocities and attenuations of compressional and shear waves in 50-mm-diameter samples of the rocks at identical pressures. Extensional-mode velocities determined from the resonant bar are systematically too low, yielding unreliable Poisson's ratios. Poisson's ratios determined from the ultrasonic data are frequency corrected and used to calculate the sonic-frequency compressional-wave velocities and attenuations from the shear- and extensional-mode data. We calculate the bulk-modulus loss. The accuracies of attenuation data (expressed as 1000/Q, where Q is the quality factor) are +/- 1 for compressional and shear waves at ultrasonic frequency, +/- 1 for shear waves, and +/- 3 for compressional waves at sonic frequency. Example sonic-frequency data show that the energy absorption in a limestone is small (Q(P) greater than 200 and stress independent) and is primarily due to poroelasticity, whereas that in the two sandstones is variable in magnitude (Q(P) ranges from less than 50 to greater than 300, at reservoir pressures) and arises from a combination of poroelasticity and viscoelasticity. A graph of compressional-wave attenuation versus compressional-wave velocity at reservoir pressures differentiates high-permeability (> 100 mD, 9.87 X 10(-14) m(2)) brine-saturated sandstones from low-permeability (< 100 mD, 9.87 X 10 (14) m(2)) sandstones and shales.