In this study it is shown that the isotopic composition of carbon in soil CO2 differs from the isotopic composition of carbon in soil-respired CO2. Soil CO2 collected from a montane soil has an endmember δ13C value of −23.3%. whereas soil-respired CO2 in this system has a δ 13C value of −27.5%. This difference is very close to the theoretical difference of 4.4%. which is predicted by the difference in the diffusion coefficients for 12CO2 and 13CO2. Because of the measured and the theoretical difference between the isotopic composition of carbon in soil CO2 and soil-respired CO2 it is suggested that, in the future, a distinction should be made between them.

THE most common and the most primitive pathway of the three different photosynthetic pathways used by plants is the C3 pathway, or Calvin cycle, which is characterized by an initial CO2 carboxylation to form phosphoglyceric acid, a 3-carbon acid. The carbon isotope composition (δ13C) of C3 plants varies from about −23 to −35%l–3 and averages about −26%. Virtually all trees, most shrubs, herbs and forbs, and cool-season grasses and sedges use the C3 pathway. In the C4 pathway (Hatch–Slack cycle), CO2 initially combines with phosphoenol pyruvate to form the 4-carbon acids malate or aspartic acid, which are translocated to bundle sheath cells where CO2 is released and used in Calvin cycle reactions1–4. The carbon isotope composition of C4 plants ranges from about −10 to −14%, averaging about −13% for modern plants1–3. Warm-season grasses and sedges are the most abundant C4 plants, although C4 photosynthesis is found in about twenty families5. The third photosynthetic pathway, CAM, combines features of both C3 and C4 pathways. CAM plants, which include many succulents, have intermediate carbon isotope compositions and are also adapted to conditions of water and CO2 stress. The modern global ecosystem has a significant component of C4 plants, primarily in tropical savannas, temperate grasslands and semi-desert scrublands. Studies of palaeovegetation from palaeosols and palaeodiet from fossil tooth enamel indicate a rapid expansion of C4 biomass in both the Old World and the New World starting 7 to 5 million years ago. We propose that the global expansion of C4 biomass may be related to lower atmospheric carbon dioxide levels because C4 photosynthesis is favoured over C3 photosynthesis when there are low concentrations of carbon dioxide in the atmosphere.

Regional mapping, stratigraphic study, and 40 Ar/ 39 Ar geochronology provide the basis for an incremental restoration of the Himalayan fold‐thrust belt in western Nepal. Tectonostratigraphic zonation developed in other regions of the Himalaya is applicable, with minor modifications, in western Nepal. From south to north the major structural features are (1) the Main Frontal thrust system, comprising the Main Frontal thrust and two to three thrust sheets of Neogene foreland basin deposits; (2) the Main Boundary thrust sheet, which consists of Proterozoic to early Miocene, Lesser Himalayan metasedimentary rocks; (3) the Ramgarh thrust sheet, composed of Paleoproterozoic low‐grade metasedimentary rocks; (4) the Dadeldhura thrust sheet, which consists of medium‐grade metamorphic rocks, Cambrian‐Ordovician granite and granitic mylonite, and early Paleozoic Tethyan rocks; (5) the Lesser Himalayan duplex, which is a large composite antiformal stack and hinterland dipping duplex; and (6) the Main Central thrust zone, a broad ductile shear zone. The major structures formed in a general southward progression beginning with the Main Central thrust in late early Miocene time. Eocene‐Oligocene thrusting in the Tibetan Himalaya, north of the study area, is inferred from the detrital unroofing record. On the basis of 40 Ar/ 39 Ar cooling ages and provenance data from synorogenic sediments, emplacement of the Dadeldhura thrust sheet took place in early Miocene time. The Ramgarh thrust sheet was emplaced between ∼15 and ∼10 Ma. The Lesser Himalayan duplex began to grow by ∼10 Ma, simultaneously folding the north limb of the Dadeldhura synform. The Main Boundary thrust became active in latest Miocene‐Pliocene time; transport of its hanging wall rocks over an ∼8‐km‐high footwall ramp folded the south limb of the Dadeldhura synform. Thrusts in the Subhimalayan zone became active in Pliocene time. The minimum total shortening in this portion of the Himalayan fold‐thrust belt since early Miocene time (excluding the Tibetan zone) is ∼418–493 km, the variation depending on the actual amounts of shortening accommodated by the Main Central and Dadeldhura thrusts. The rate of shortening ranges between 19 and 22 mm/yr for this period of time. When previous estimates of shortening in the Tibetan Himalaya are included, the minimum total amount of shortening in the foldthrust belt amounts to 628–667 km. This estimate neglects shortening accommodated by small‐scale structures and internal strain and is therefore likely to fall significantly below the actual amount of total shortening.

Metasedimentary rocks of the Greater Himalaya are traditionally viewed as Indian shield basement that has been thrust southward onto Lesser Himalayan sedimentary rocks during the Cenozoic collision of India and Eurasia. Ages determined from radioactive decay of uranium to lead in zircon grains from Nepal suggest that Greater Himalayan protoliths were shed from the northern end of the East African orogen during the late Proterozoic pan-African orogenic event. These rocks were accreted onto northern Gondwana and intruded by crustal melts during Cambrian-Ordovician time. Our data suggest that the Main Central thrust may have a large amount of pre-Tertiary displacement, that structural restorations placing Greater Himalayan rocks below Lesser Himalayan rocks at the onset of Cenozoic orogenesis are flawed, and that some metamorphism of Greater Himalayan rocks may have occurred during early Paleozoic time.

Research Article| April 01, 1989 Systematic variations in the carbon and oxygen isotopic composition of pedogenic carbonate along elevation transects in the southern Great Basin, United States JAY QUADE; JAY QUADE 1Department of Geology and Geophysics, University of Utah, Salt Lake City, Utah 84112 Search for other works by this author on: GSW Google Scholar THURE E. CERLING; THURE E. CERLING 1Department of Geology and Geophysics, University of Utah, Salt Lake City, Utah 84112 Search for other works by this author on: GSW Google Scholar JOHN R. BOWMAN JOHN R. BOWMAN 1Department of Geology and Geophysics, University of Utah, Salt Lake City, Utah 84112 Search for other works by this author on: GSW Google Scholar GSA Bulletin (1989) 101 (4): 464–475. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1989)101<0464:SVITCA>2.3.CO;2 Article history first online: 01 Jun 2017 Cite View This Citation Add to Citation Manager Share Icon Share Facebook Twitter LinkedIn MailTo Tools Icon Tools Get Permissions Search Site Citation JAY QUADE, THURE E. CERLING, JOHN R. BOWMAN; Systematic variations in the carbon and oxygen isotopic composition of pedogenic carbonate along elevation transects in the southern Great Basin, United States. GSA Bulletin 1989;; 101 (4): 464–475. doi: https://doi.org/10.1130/0016-7606(1989)101<0464:SVITCA>2.3.CO;2 Download citation file: Ris (Zotero) Refmanager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentBy SocietyGSA Bulletin Search Advanced Search Abstract Stable carbon- and oxygen-isotope variations in Holocene soil carbonates that formed in the unsaturated zone were examined along several elevation transects in the southern Great Basin, United States, a region with a semi-arid climate. Our intent was to study the relationship between the stable isotopic composition of pedogenic carbonates and climate, ecological variations, differences in parent material, and soil depth.δ13C of pedogenic carbonate in three different soil profiles from different elevations decreases with soil depth, indicating a decrease in the ratio of atmospheric to plantderived CO2 downprofile. Pedogenic carbonate at the soil-air interface approaches a δ13C value in equilibrium with atmospheric CO2 in all three soils. Observed δ13C profiles for pedogenic carbonate can be described using a one-dimensional model for 12CO2 and 13CO2, assuming isotopic equilibrium between soil CO2 and soil carbonate. The modeled best fit to observed isotopic profiles suggests that the profile differences in part result from differing soil-respiration rates at each site.δ13C in deep pedogenic carbonate (>50 cm) varies by about 12 per mil over a 2,440-m elevation range, being enriched in 13C at the lowest elevations. The slope of δ13C for these carbonates versus elevation is very similar for soils developed on carbonate and on noncarbonate parent materials: depletion by 4.6 to 4.7 per mil per 1,000 m increase in altitude between 300 to 2,740 m above mean sea level for the localities studied. This concordance makes it likely that there has been complete isotopic exchange between HCO3- in solution and soil CO2 prior to carbonate precipitation.Soil CO2 and soil-respiration rates increase systematically with elevation. The plantderived component of soil CO2 indicates that C3 plants dominate the biomass at most measured sites, in agreement with plant surveys. Calculated equilibrium fractionation factors between soil CO2 and soil carbonate are very similar to those observed, again indicating complete isotopic exchange between carbon species. In all, the soil CO2 and soil-carbonate data suggest that the δ13C variation with elevation observed in the soil carbonates results from differing soil-respiration rates at each site, as well as from variations in the proportion of C3 to C4 and CAM plants in each site's surface biomass.δ18O values in pedogenic carbonates are higher at lower elevations, due in part to the more positive δ18O values for meteoric waters at lower elevations. The average δ18O value of deep (>50 cm) pedogenic carbonate at all sites, however, is enriched 2.4 to 3.7 per mil with respect to values we predict should be in equilibrium with the isotopic composition of local meteoric waters. This suggests that evaporative isotopic enrichment of soil waters may have occurred at all elevations prior to precipitation of carbonate, or that seasonal differences in the isotopic composition of meteoric waters coupled with differential infiltration may be taking place. One or both of these processes also may explain the δ18O decrease in soil carbonate with depth observed in two of three soil profiles. This content is PDF only. Please click on the PDF icon to access. First Page Preview Close Modal You do not have access to this content, please speak to your institutional administrator if you feel you should have access.