Vegetation cover and radiocarbon dates of palsa and peat plateaus in the Hudson Bay Lowlands

The Holocene development of a treed palsa bog and a peat plateau bog, located near the railroad to Churchill in the Hudson Bay Lowlands of northeastern Manitoba, was traced using peat macrofossil and radiocarbon analyses. Both sites first developed as wet rich fens through paludification of forested uplands around 6800 cal. yr BP. Results show a 20th-century age for the palsa formation and repeated periods of permafrost aggradation and collapse at the peat plateau site during the late Holocene. This timing of permafrost dynamics corroborates well with that inferred from previous studies on other permafrost peatlands in the same region. The developmental history of the palsa and peat plateau bogs is similar to that of adjacent permafrost-free fens, except for the specific frost heave and collapse features associated with permafrost dynamics. Permafrost aggradation and degradation is ascribed to regional climatic, local autogenic and other factors. Particularly the very recent palsa development can be assessed in terms of climatic changes as inferred from meteorological data and surface hydrological changes related to construction of the railroad. The results indicate that cold years with limited snowfall as well as altered drainage patterns associated with infrastructure development may have contributed to the recent palsa formation.

Report on the Dominion government expedition to Hudson bay and the Arctic islands on board the D.G.S. Neptune, 1903-1904 /

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An investigation of geological and geochemical characteristics of late-Quaternay sediments in the Georgian Bay Region, Southern Ontario

Core samples of postglacial sediments and sediment surface samples from Shepherd Lake on the Bruce Peninsula, Harts Lake on the Canadian Shield, and two cores from Georgian Bay (core P-l in the western deep part and core P-7 in the eastern shallow part) have been analyzed for pH, grain size distribution, water content, bulk density, loss on ignition at 4500C and 11000 C, major oxides (Si02 ,A1203,!FeO,MgO,CaO, Na20,K20,Ti02 ,MnO and P205) and trace elements (Ba,Zr,Sr,y,S, Zn,Cu,Ni,Ce and Rb). The sediment in Georgian Bay are generally fine grained (fine silt to very fine silty clay) and the grain size decreases from the Canadian Shield (core p-7) towards the Bruce Peninsula (core P-l) along the assumed direction of sediment transport. This trend coincides with a decrease in sorting coefficient and an increase in roundness. Other physical characteristics, such as water content, bulk density and loss on ignition are positively correlated with the composition of sediments and their compaction, as well as with the energy of the depositional environment. Analyses of sediment surface samples from Shepherd Lake and Harts Lake indicate the influence of bedrock and surficial deposits in the watershed on pH condition that is also influenced by the organic matter content and probably I ! I man's activities. Organic matter content increases significantly in the surface sediment in these small lakes as a result of either natural eutrophication or anthropogenic organic loading. The extremely high organic matter content in Shepherd Lake sediment indicates rapid natural eutrophication in this closed basin and high biological productivity during postglacial time, probably due to high nutrient levels and shallow depth. The chemical composition of the Canadian Shield bedrock is positively correlated with the chemical characteristics of predominantly inorganic lake sediments that were derived from the Shield rocks by glacial abrasion and by postglacial weathering and erosion of both bedrock and surficial deposits. High correlation coefficients were found between organic matter in lake sediments and major oxides (Si02,AI203,.~FeO, MgO,CaO,K20 and MnO) , as well as some trace elements (Ba,Y, S,Zn,Cu,Ni and Rb). The chemical composition of sediments in Harts Lake and core P-7 in Georgian Bay on the Canadian Shield differs from the chemistry of sediments in Shepherd Lake and core P-l in Georgian Bay on the Bruce Peninsula. The difference between cores P-l and P-7 is indicated by values of Si02 , AI203 ,:LFeo,Mgo,CaO,Ba,Zr,Sr,y and S, and also by the organic matter content. This study indicates that the processes of sediment transport, depositional environment, weathering of the rocks and surficial deposits in the watershed, as well as chemical composition of source rocks all affect the chemical characteristics of lake sediments. The stratigraphic changes and variations in lake sediment chemistry with regard to major oxides, trace elements, and organic matter content are probably related to the history of glacial and postglacial lake stages of the Georgian Bay Region and, therefore, the geochemical data can make a useful contribution to a better understanding of the Late-Quaternary history of the Great Lakes.

Mikrosomale Biotransformation von Benzo[ghi]perylen, einem mutagenen polyaromatischen Kohlenwasserstoff ohne das Strukturelement der Bay-Region des kanzerogenen Benzo[a]pyrens

Kanzerogene polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), wie Benzo[a]pyren, besitzen eine Bay-Region mit ortho-kondensiertem Benzoring. Dadurch ist die enzymatische Bildung von Bay-Region-Dihydrodiolepoxiden (Oxiranylring in der sterisch abgeschirmten Molekülbucht) möglich, die als ultimal kanzerogene Metaboliten der PAKs gelten. Diese lösen durch DNA-Modifikation Primärläsionen aus, die, sofern sie nicht enzymatisch repariert werden, bei der DNA-Replikation Fehler verursachen (Mu-tationen). Der Mehrstufenprozeß der Kanzerogenese (Promotion und Progression) führt schließlich zur neoplastischen Entartung der Zelle. Benzo[ghi]perylen (BghiP) repräsentiert eine Gruppe von PAKs, die keine „klassische“ Bay-Region besitzen und daher keine vicinalen Dihydrodiolepoxiden bilden können. Trotzdem ist BghiP mutagen, z. B. in den Stämmen TA98 und TA100 von Salmonella typhimurium (1,3- bzw. 4,3 his+-Revertanten/nmol) nach metabolischer Aktivierung mit der postmitochondrialen Fraktion von Ratten nach Behandlung mit 3-Methylcholanthren. Hemmung der mikrosomalen Epoxidhydrolase (mEH) mit 1,1,1-Trichlor-2-propenoxid (TCPO) steigert die bakterielle Mutagenität von BghiP im Stamm TA98 um das 4-fache, was Arenoxide als ultimale Mutagene wahrscheinlich macht. Dieses Ergebnis wird au-ßerdem durch Untersuchung der DNA-Bindung mit dem Verfahren des 32P-Postlabelings bestätigt (Dr. Fickler, Institut für Toxikologie, Universität Mainz). Danach bildete mikrosomal aktiviertes BghiP drei Addukte (ein Hauptaddukt, zwei Nebenaddukte), die durch Hemmung der mEH mit TCPO verstärkt wurden (das Hauptaddukt um 29%). Um den für die bakterielle Mutagenität von BghiP verantwortlichen Metaboliten zu identifizieren, wurde die mikrosomale Biotransformaton von BghiP aufgeklärt. Umsetzung von BghiP mit Lebermikrosomen von Ratten nach Behandlung mit Aroclor 1254 lieferte 17 mit Ethylacetat extrahierbare Metaboliten. Zwölf dieser Metaboliten konnten durch eine Kombination von chromatographischen, spektroskopi-schen und biochemischen Methoden identifiziert werden. Daraus ergeben sich zwei Biotransformati-onswege: Weg I beginnt mit einem Angriff von Cytochrom P450-abhängigen Monooxygenasen an Position 7 und der Bildung des 7-Phenols. Dieses wird dann in das 7,8- bzw. 7,10-Diphenol überführt, die schließlich zu den mehrkernigen Chinonen an der 7,8- bzw. 7,10-Position oxidiert werden. Im Bio-transformationsweg II werden die K-Regionen von BghiP durch Cytochrom P450 funktionalisiert. Zu-nächst entstehen das auf indirektem Weg identifizierte 3,4-Oxid und das 3,4,11,12-Bisoxid, die in mikrosomalen Umsetzungen von BghiP nur nach Hemmung der mEH gebildet werden. Enzymatische Hydrolyse des 3,4-Oxides ergibt das trans-3,4-Dihydrodiol, das zum 3,4-Chinon oxidiert wird. Ebenso entsteht aus dem 3,4,11,12-Bisoxid das trans-3,4-trans-11,12-Bisdihydrodiol, aus dem durch Oxidati-on das trans-3,4-Dihydrodiol-11,12-Chinon hervorgeht. Untersuchung der stereoselektiven enzymati-schen Bildung der K-Region-trans-Di¬hydrodiole ergaben eine präferentielle Entstehung der 3R,4R- bzw. 3R,4R,11R,12R-Enantiomere. Untersuchungen der bakteriellen Mutagenität der Hauptmetaboliten 3,4-Dihydrodiol und dem 7-Phenol machte deutlich, dass beide Biotransformationswege I und II von BghiP zur bakteriellen Mutagenität beitragen. Das 7-Phenol aus Weg I ist ein proximales Mutagen, was auch von Phenolen anderer PAKs bekannt ist. Das 3,4-Dihydrodiol aus Weg II wird so schwach zu Mutagenen aktiviert, dass dem vermutlich gebildete 3,4-Dihydrodiol-11,12-oxid keine große Bedeutung als ultimales Mutagen von BghiP zukommt. Die Bestimmung der direkten mutagenen Aktivität (ohne metabolische Aktivierung) der mutmaßlich ultimal mutagenen Arenoxide von BghiP ergab, dass die des 3,4,11,12-Bisarenoxides sehr gering war (1,3 his+-Revertanten/nmol im Stamm TA98). Das 3,4-Oxid hingegen bewirkte einen deutlichen gentoxischen Effekt in den Stämmen TA98 und TA100 (5,5 bzw. 10 his+-Revertanten/nmol). Dies wurde durch die Bestimmung der DNA-Bindung mit dem 32P-Postlabeling, in dem das 3,4-Oxid für das Hauptaddukt von BghiP verantwortlich gemacht werden konnte, bestätigt. Daher kommt dem 3,4-Oxid als ultimales Mutagen die größte Bedeutung für die Gentoxizität von BghiP zu. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen bei PAKs ohne Bay-Region auf Arenoxide schließen, die eine notwendige Voraussetzung für DNA-Bindung und Mutagenität sind.

Annulation of Tetrathiafulvalene to the Bay Region of Perylenediimide: Fast Electron-Transfer Processes in Polar and Nonpolar Solvents

A tetrathiafulvalene donor has been annulated to the bay region of perylenediimide through a 1H-benzo-[d]pyrrolo[1,2-a]imidazol-1-one spacer affording an extended pi-conjugated molecular dyad (TTF-PDI). To gain insight into its ground- and excited-state electronic properties, the reference compound Ph-PDI has been prepared via a direct Schiff-base condensation of N,N'-bis(1-octylnonyl) benzoperylene-1',2':3,4:9,10-hexacarboxylic-1',2'-anhydride-3,4:9,10-bis (imide) with benzene-1,2-diamine. Both the experimental and the computational (DFT) results indicate that TTF-PDI exhibits significant intramolecular electronic interactions giving rise to an efficient photoinduced charge-separation process. Free-energy calculations verify that the process from TTF to the singlet-excited state of PDI is exothermic in both polar and nonpolar solvents. Fast adiabatic electron-transfer processes of a compactly fused, pi-conjugated TTF-PDI dyad in benzonitrile, 2-methyltetrahydrofuran, anisole and toluene were observed by femtosecond transient absorption spectral measurements. The lifetimes of radical-ion pairs slightly increase with decreasing the solvent polarities, suggesting that the charge-recombination occurs in the Marcus inverted region. By utilizing the nanosecond transient absorption technique, the intermolecular electron-transfer process in a mixture of has been observed via the triplet excited PDI for the first time.