“Coal Age Galapagos”: Joggins and the Lions of Nineteenth Century Geology

The celebrated coastal section at Joggins, Nova Scotia, has played a seminal role in the development of the Earth Sciences, figuring in the careers of such lions of Nineteenth Century science as Lyell, Dawson, Darwin, Logan, Marsh, Gesner, Agassiz, Wyman and Owen, among others. The story that unfolds is not only one of scientific discovery, but one of enlightening interactions between the players that brings to life these personalities, their debates and, for some, their personal agendas. The “marvellous chapter of the big volume” of Earth’s history recorded in the sea cliffs at Joggins served as a “Coal Age Galapagos” for Lyell, Darwin, Dawson and others, furthering their case for geological and evolutionary principles that continue to inform scientific and popular views today. Coincidental with Lyell’s appearance on the scene, Logan undertook at Joggins one of the first field projects of the Geological Survey of Canada. Against the backdrop of advancing scientific thought and positions, a penny opera of professional one-upmanship was played out. Gesner sought reprimand of Lyell from Murchison, President of the Geological Society for misleading Nova Scotia’s geologists; Owen, who earlier coined the word “dinosaur”, beat Lyell and Dawson in naming their own discovery; while a young O.C. Marsh, presaging his intensely competitive dinosaur battles with Edward Cope, arrived at Joggins from Yale hot on Lyell and Dawson’s trail, only to be duped by a worldly traveller ready to oblige his desire for fame. Above all others, the work of Dawson in describing the fossil record and its ecological context established a lasting legacy of relevance for the Joggins cliffs. RÉSUMÉ Le célèbre secteur côtier de Joggins, en Nouvelle-Écosse, a joué un rôle majeur dans l’essor des sciences de la terre : il figure parmi les carrières de plusieurs personnages scientifiques du 19e siècle, tels que Lyell, Dawson, Darwin, Logan, Marsh, Gesner, Agassiz, Wyman et Owen, entre autres. L’histoire des lieux ne se limite pas à une découverte scientifique; elle relate des interactions instructives entre les protagonistes mettant au jour ces personnalités, leurs débats et, dans certains cas, leurs priorités personnelles. Le « merveilleux chapitre du grand volume » de l’histoire de la terre, enregistré dans les falaises de Joggins, a constitué un « genre de Galapagos de l’âge du charbon » pour Lyell, Darwin, Dawson et d’autres : il a soutenu les principes géologiques et les principes de l’évolution qu’ils avançaient et sur lesquels continuent de s’appuyer aujourd’hui les opinions scientifiques et populaires. En même temps que Lyell apparaissait sur la scène, Logan entreprenait à Joggins l’un des premiers projets de la Commission géologique du Canada sur le terrain. Avec le désir de faire progresser la pensée et les positions scientifiques en toile de fond, un opéra aux nombreux rebondissements s’est alors joué entre chercheurs professionnels. Gesner a demandé à Murchison, président de la Société géologique, que Lyell soit réprimandé pour avoir induit en erreur les géologues de la Nouvelle-Écosse. Owen, qui avait antérieurement avancé le terme de « dinosaure », a battu Lyell et Dawson en baptisant leur propre découverte. Cependant, un jeune O. C. Marsh, pressentant ses luttes profondes intensément compétitives avec Edward Cope, arrivait à Joggins en provenance de Yale, tout enthousiaste de s’engager dans le sillage de Lyell et de Dawson, mais seulement pour être dupé par un voyageur d’expérience prêt à se plier à son désir de célébrité. Émergeant au-dessus de tous les autres, les travaux réalisés par Dawson pour décrire les fossiles présents et leur contexte écologique ont implanté un héritage durable et pertinent par rapport aux falaises de Joggins. Traduit par la redaction

Sir William Dawson (1820–1899): a very modern paleobotanist

Sir William Dawson was one of Canada’s most influential Nineteenth Century geologists. Although a lifelong opponent of the concept of evolution, a stance that resulted in him being sidelined by the scientific community, he made enormous contributions to Pennsylvanian paleobotany, especially at the Joggins fossil cliffs of Nova Scotia. Key to Dawson’s success was his recognition of the importance of a field-based research program, in which fossil plants could be observed in their precise geological context over a sustained period of time. Uniquely trained as both geologist and botanist, he was skilled in the microscopic analysis of permineralized plant anatomy, and appreciated the enormous potential of fossil charcoal as an untapped source of systematic information. Arguably his most extraordinary insights came in the field of plant taphonomy, in which studies of modern sedimentary processes and environments were used to interpret the rock record. His analysis of fossil plants in their sedimentary context allowed Pennsylvanian coal swamp communities, dominated by lycopsids and calamiteans, to be distinguished from the coniferopsid forests, which occupied mountainous regions further inland. The lasting significance of Dawson’s paleobotanical work is emphasized by many recent papers concerning the Pennsylvanian coal measures of Atlantic Canada, which have either directly built on research topics that Dawson initiated, or have confirmed hypotheses that Dawson framed. Until recent times, the discipline of paleobotany has been dominated by systematic fossil plant description with little or no reference to geological context. By virtue of his distinctively holistic approach, synthesizing all available geological and botanical data, Dawson is marked out from his contemporaries. His methodology does not appear old-fashioned even today, and it is therefore with justification that we describe him as a very modern paleobotanist. Resumé Sir William Dawson a été l’un des géologues les plus influents du 19e siècle au Canada. Même s’il s’est opposé toute sa vie au concept de l’évolution, une position qui a amené le milieu scientifique à l’ignorer, il a énormément contribué à la paléobotanique pennsylvanienne, spécialement dans les falaises fossilifères de Joggins de la Nouvelle-Écosse. La clé du succès de Dawson réside dans le fait qu’il avait reconnu l’importance d’un programme de recherche sur le terrain prévoyant l’observation des plantes fossiles dans leur milieu géologique particulier pendant une période de temps prolongée. Grâce à sa formation unique de géologue et de botaniste, il possédait la compétence voulue pour réaliser une analyse microscopique de l’anatomie des plantes perminéralisées et il comprenait le potentiel énorme du charbon de bois fossile comme source inexploitée de données systématiques. On pourrait soutenir que ses idées les plus extraordinaires se sont manifestées dans le domaine de la taphonomie végétale, dans lequel des études d’environnements et de processus sédimentaires modernes ont servi à interpréter des antécédents lithologiques. Ses analyses de plantes fossiles dans leur contexte sédimentaire ont permis de distinguer les communautés des marécages houillers pennsylvaniens, dans lesquels prédominent les lycopsides et les calamites, des forêts coniféropsides, qui occupaient les régions montagneuses plus à l’intérieur des terres. De nombreuses communications récentes au sujet des couches houillères pennsylvaniennes des provinces de l’Atlantique, qui s’appuient directement sur des sujets de recherches amorcées par Dawson ou ayant confirmé des hypothèses formulées par Dawson, mettent en relief l’importance durable des travaux paléobotaniques de Dawson. La discipline de la paléobotanique a jusqu’à tout récemment été dominée par des descriptions systématiques de plantes fossiles évoquant à peine ou n’évoquant pas du tout le contexte géologique. Dawson s’est démarqué de ses contemporains au moyen de son approche nettement holistique en réalisant une synthèse de toutes les données géologiques et botaniques accessibles. Sa méthode de travail ne semble pas rétrograde, même aujourd’hui, et il est par conséquent tout à fait justifié que nous le décrivions en tant que paléobotaniste très moderne

On the discovery of tetrapod trackways from Permo-Carboniferous redbeds of Prince Edward Island and their biostratigraphic significance

The first fossil tetrapod footprints that were discovered on Prince Edward Island, and which were previously undescribed, are small reptilian trackways assignable to the ichnogenera Notalacerta andGilmoreichnus. Their closest zoological correlatives are small, Permo-Carboniferous "stem-reptiles" of the families Protorothyrididae and Captorhinidae in the suborder Captorhinomorpha, and pelycosauran reptiles, possibly of the Ophiacodontidae. Reptiles of this type are rare to unrepresented in the skeletal fauna of the province. The biochronology of the track-bearing bed, combined with terrestrial vertebrate, palynological and macrofloral records, suggest that the host Pictou Group redbeds on Prince Edward Island young from late Stephanian (Pennsylvanian) at Malpeque Bay to early Permian in the north. The combined discoveries of tetrapod footprints and trackways from these Permo-Carboniferous redbeds suggests that the record is potentially extensive. Now included in this record is the youngest known occurrence of the ichno-genus Notalacerta. RÉSUMÉ Les premières empreintes de fossiles de tétrapodes découvertes sur l'Île-du-Prince-Édouard, et précédemment non décrites, sont des traces d'un petit reptile qu'on peut rattacher aux ichnogenres Notalacerta et Gilmoreichnus. Leurs parents géologiques les plus proches sont les petits " reptiles-tiges » permocarbonifères des familles des protorothyridides et des captorhinides du sous-ordre des captorhinomorphes, ainsi que les reptiles pélicosauriens, possiblement les ophiacodontides. Les reptiles de ce type sont rares sinon absents au sein de la faune squelettique de la province. La biochronologie des strates renfermant des traces conjuguée aux relevés de vertébrés terrestres et aux relevés palynologiques et macrofloraux laisse supposer que les couches rouges hôtes du groupe de Pictou, sur l'Île-du-Prince-Édouard, remontent à la période du Stéphanien tardif (Pennsylvanien), dans la baie Malpeque, au Permien précoce, dans le nord. Les découvertes combinées d'empreintes et de traces de tétrapodes des couches rouges permocarbonifères semblent indiquer que la quantité d'enregistrements pourrait être vaste. Ces enregistrements comprennent désormais la manifestation la plus récente connue de l'ichnogenre Notalacerta [Traduit par la rédaction.

The Canadian Federation of Earth Sciences Scientific Statement on Climate Change – Its Impacts in Canada, and the Critical Role of Earth Scientists in Mitigation and Adaptation

The Canadian Federation of Earth Sciences (CFES) has issued this statement to summarize the science, effects, and implications of climate change. We highlight the role of Earth scientists in documenting and mitigating climate change, and in managing and adapting to its consequences in Canada. CFES is the coordinated voice of Canada’s Earth Sciences community with 14 member organizations representing some 15,000 geoscientists. Our members are drawn from academia, industry, education, and government. The mission of CFES is to ensure decision makers and the public understand the contributions of Earth Science to Canadian society and the economy.  Climate change has become a national and global priority for all levels of government. The geological record shows us that the global climate has changed throughout Earth’s history, but the current rates of change are almost unprecedented. Over the last 70 years, levels of common greenhouse gases (GHGs) in the atmosphere have steadily increased. Carbon dioxide (CO2) concentration is now 418 parts per million — its highest of the last three million years. The chemical (isotopic) composition of carbon in the atmosphere indicates the increase in GHGs is due to burning fossil fuels. GHGs absorb energy emitted from Earth’s surface and re-radiate it back, warming the lower levels of the atmosphere. Climatic adjustments that have recently occurred are, in practical terms, irreversible, but further change can be mitigated by lowering emissions of GHGs.  Climate change is amplified by three important Earth system processes and effects. First, as the climate warms evaporation increases, raising atmospheric concentrations of water vapour, itself a GHG — and adding to warming. Second, loss of ice cover from the polar ice sheets and glaciers exposes larger areas of land and open water — leading to greater absorption of heat from the sun. Third, thawing of near-surface permafrost releases additional GHGs (primarily CO2 and methane) during decay of organic matter previously preserved frozen in the ground. Some impacts of climate change are incremental and steadily occurring, such as melting of glaciers and ice sheets, with consequent sea level rise. Others are intermittent, such as extreme weather events, like hurricanes — but are becoming more frequent. Summer water shortages are increasingly common in western Canada as mountain snowpacks melt earlier and summer river flows decline. In northern Canada, warming and thawing of near-surface permafrost has led to deterioration of infrastructure and increased costs for buildings that now require chilled foundations. Other consequences of unchecked climate change include increased coastal erosion, increases in the number and size of wildfires, and reduction in winter road access to isolated northern communities. Reductions in net GHG emissions are urgently required to mitigate the many effects of further climate change. Industrial and public works development projects must now assess the effects of climate change in their planning, design, and management. Cities, municipalities, and rural communities need to plan new residential development carefully to avoid enhanced risk of flooding, coastal erosion, or wildfire.  Earth Science knowledge and expertise is integral to exploration and development of new metals and Earth materials required for a carbon-neutral future, and in the capture and storage of CO2 within the Earth. Earth Science is also central to society’s adaptation to new climatic regimes and reduction of risks. This includes anticipation, assessment, and management of extreme events, development of new standards and guidelines for geotechnical and engineering practice, and revision to regulations that consider climate change. Geoscientists also have an important role in the education of students and the public on the reasons for necessary action. Canada is uniquely positioned with its strong global geoscientific leadership, its vast landmass, and its northern terrain to effectively leverage research activities around climate change. Geoscience tools and geoscientists’ skills will be integral to Canada’s preparation for climate change.La Fédération canadienne des sciences de la Terre (FCST) a publié ce communiqué pour résumer la science, les effets et les implications des changements climatiques. Nous soulignons le rôle des scientifiques en science de la Terre dans la documentation et l'atténuation des changements climatiques, ainsi que dans la gestion de leurs conséquences et la création de mesures d'adaptation au Canada. La FCST est la voix coordonnée de la communauté canadienne des sciences de la Terre avec 14 organisations membres représentant environ 15 000 géoscientifiques. Nos membres sont issus du milieu universitaire, de l'industrie, de l'éducation et du gouvernement. La mission de la FCST est de s'assurer que les décideurs et le public comprennent les contributions des sciences de la Terre à la société canadienne et à l'économie.  Les changements climatiques sont devenus une priorité nationale et mondiale à tous les niveaux de gouvernement. Les archives géologiques nous montrent que le climat mondial a changé tout au long de l'histoire de la Terre, mais les taux de changement actuels sont presque sans précédent. Au cours des 70 dernières années, les niveaux de gaz à effet de serre (GES) communs dans l'atmosphère n'ont cessé d'augmenter. La concentration de dioxyde de carbone (CO2) est maintenant de 418 parties par million - son plus haut niveau des trois derniers millions d'années. La composition chimique (isotopique) du carbone dans l'atmosphère indique que l'augmentation des GES est due à la combustion de combustibles fossiles. Les GES absorbent l'énergie émise par la surface de la Terre et la réfléchissent, réchauffant les niveaux inférieurs de l'atmosphère. Les modifications climatiques qui se sont produits récemment sont, concrètement, irréversibles, mais les changements additionnels peuvent être atténués en réduisant les émissions de GES.  Les changements climatiques sont amplifiés par trois processus et effets importants du système terrestre. Premièrement, à mesure que le climat se réchauffe, l'évaporation augmente, ce qui augmente les concentrations atmosphériques de vapeur d'eau, elle-même un GES, et contribue au réchauffement. Deuxièmement, la perte de la couverture de glace des calottes glaciaires polaires et des glaciers expose de plus grandes superficies de terre et d'eau libre, ce qui entraîne une plus grande absorption de la chaleur du soleil. Troisièmement, le dégel du pergélisol proche de la surface libère des GES supplémentaires (principalement du CO2 et du méthane) lors de la décomposition de la matière organique jusqu’alors préservée gelée dans le sol. Certains impacts des changements climatiques sont progressifs et se produisent régulièrement, comme la fonte des glaciers et des calottes glaciaires, avec pour conséquence une élévation du niveau de la mer. D'autres sont intermittents, comme les événements météorologiques extrêmes, tels que les ouragans, mais deviennent de plus en plus fréquents. Les pénuries d'eau en été sont de plus en plus courantes dans l'ouest du Canada, car le manteau neigeux des montagnes fond plus tôt et le débit des rivières en été diminue. Dans le nord du Canada, le réchauffement et le dégel du pergélisol proche de la surface ont entraîné une détérioration des infrastructures et une augmentation des coûts des bâtiments qui nécessitent maintenant des fondations réfrigérées. Les autres conséquences des changements climatiques incontrôlés comprennent l'augmentation de l'érosion côtière, l'augmentation du nombre et de la taille des incendies de forêt et la réduction de l'accès aux routes d’hiver aux collectivités isolées du Nord. Des réductions des émissions nettes de GES sont nécessaires de toute urgence pour atténuer les nombreux effets de nouveaux changements climatiques. Les projets de développement industriel et de travaux publics doivent désormais évaluer les effets des changements climatiques dans leur planification, leur conception et leur gestion. Les villes, les municipalités et les communautés rurales doivent planifier soigneusement les nouveaux développements résidentiels pour éviter les risques accrus d'inondation, d'érosion côtière ou d'incendie de forêt.  Les connaissances et l'expertise en sciences de la Terre font partie intégrante de l'exploration et du développement de nouveaux métaux et matériaux terrestres requis pour un avenir neutre en carbone, ainsi que dans la capture et la séquestration du CO2 dans la Terre. Les sciences de la Terre sont également au cœur de l'adaptation de la société aux nouveaux régimes climatiques et de la réduction des risques. Cela comprend l'anticipation, l'évaluation et la gestion des événements extrêmes, l'élaboration de nouvelles normes et directives pour les pratiques géotechniques et d'ingénierie, et la révision des réglementations qui tient compte des changements climatiques. Les géoscientifiques ont également un rôle important dans l'éducation des étudiants et du public sur le fondement des mesures nécessaires. Le Canada occupe une position unique grâce à son solide leadership géoscientifique mondial, sa vaste étendue et son territoire nordique pour tirer efficacement parti des activités de recherche sur les changements climatiques. Les outils géoscientifiques et les compétences des géoscientifiques feront partie intégrante de la préparation du Canada aux changements climatiques

Stratigraphy and sedimentology of early Pennsylvanian red beds at Lower Cove, Nova Scotia, Canada: the Little River Formation with redefinition of the Joggins Formation

The coastal cliffs along the eastern shore of Chignecto Bay, Nova Scotia contain one of the finest Carboniferous sections in the world. In 1843, Sir William Logan measured the entire section as the first project of the Geological Survey of Canada, and defined eight stratigraphic divisions. We have re-measured a section corresponding almost exactly with Logan’s Division 5 in bed-by-bed detail. The strata are exposed in the wave-cut platform and low-relief bluffs of a 2 km-long section at Lower Cove, near Joggins, north and south of Little River. This 635.8 metre-thick succession until now has been included within the basal part of the Joggins Formation, and overlies the Boss Point Formation. However, the studied strata are lithologically distinct, and are formally recognized as the new Little River Formation. This formation is bounded by regionally important surfaces and is traceable inland for 30 kilometres from its Lower Cove type section. Facies analysis indicates that it represents the deposits of a well-drained alluvial plain dissected by shallow rivers characterized by flashy flow. It can be clearly distinguished from the underlying Boss Point Formation (Logan’s Division 6) by its much smaller channels, and from the overlying Joggins Formation (Logan’s Division 4) by lack of coal seams and bivalve-bearing limestone beds. Palynological assemblages indicate that the Little River Formation is of probable late Namurian to basal Westphalian (basal Langsettian) age, and is a likely time-equivalent of the informal Grand-Anse formation of southeast New Brunswick. Resumé Les falaises côtières longeant le rivage oriental de la baie Chignectou, en Nouvelle-Écosse, abritent l’un des stratotypes carbonifères les plus intéressants dans le monde. Sir William Logan avait mesuré en 1843 l’ensemble du stratotype dans le cadre du premier projet de la Commission géologique du Canada et il avait défini huit divisions stratigraphiques. Nous avons mesuré à nouveau un stratotype correspondant presque exactement dans ses détails couche par couche à la division 5 de Logan. Les strates affleurent dans une plate-forme d’érosion et des falaises de relief émoussé d’un secteur de deux kilomètres de longueur à l’anse Lower, près de Joggins, au nord et au sud de la rivière Little. Cette succession de 635,8 mètres d’épaisseur avait jusqu’à maintenant été incluse à l’intérieur de la partie basale de la Formation de Joggins et elle recouvre la Formation de Boss Point. Les strates étudiées sont cependant lithologiquement distinctes et on les reconnaît officiellement en tant que nouvelle Formation de Little River. Cette formation est limitée par des surfaces importantes à l’échelle régionale; on peut la retracer à l’intérieur des terres sur 30 kilomètres à partir de son stratotype de l’anse Lower. Une analyse du faciès révèle qu’il représente les dépôts d’une plaine alluviale bien drainée, sectionnée par des rivières peu profondes caractérisées par des crues éclair. On peut nettement la distinguer de la Formation sous-jacente de Boss Point (division 6 de Logan), grâce à ses canaux beaucoup plus petits, ainsi que de la Formation sus-jacente de Joggins (division 4 de Logan), par l’absence de couches houillères et de couches de calcaire abritant des lamellibranches. Les assemblages palynologiques révèlent que la Formation de Little River remonte probablement à la période du Namurien tardif au Westphalien basal (Langsettien basal) et qu’elle constitue vraisemblablement un équivalent chronologique de la Formation officieuse de Grande-Anse dans le sud-est du Nouveau-Brunswick

Sedimentology and stratigraphy of the type section of the Pennsylvanian Boss Point Formation, Joggins Fossil Cliffs, Nova Scotia, Canada

The 1125-m-thick type section of the Pennsylvanian Boss Point Formation is well exposed along the shore of the Bay of Fundy in Nova Scotia. We provide the first comprehensive account of the entirety of this formation, which comprises nearly one-third of the stratigraphic thickness of the Joggins Fossil Cliffs UNESCO World Heritage Site. The basal Chignecto Bay Member (0–91.5 m) is composed of redbeds, single-storey channel bodies with northerly paleoflow, and thin palustrine limestones. The middle Ward Point Member (91.5–951.7 m) contains up to 16 megacycles composed of alternations between thick packages of braided fluvial sandstone and fine-grained deposits. Although regional studies of the Boss Point Formation suggest that the fine-grained deposits are largely composed of lacustrine sediments, these intervals consist largely of poorly drained and well-drained floodplain deposits in the type section. The facies variations and southeast-directed paleoflow in the Ward Point Member record modest uplift associated with the growth of the salt-cored Minudie Anticline. The North Reef Member (951.7–1125 m) is composed of redbeds and two distinctive multistorey channel bodies. This uppermost member records a shift to more arid, oxidizing conditions, was the precursor to a major phase of salt withdrawal, and represents a transition to the overlying Little River Formation. The sedimentological framework, revised stratigraphy, and detailed measured section and map will provide a foundation for future study of this remarkable Pennsylvanian exposure

Individual differences in reward drive predict neural responses to images of food

A network of interconnected brain regions, including orbitofrontal, ventral striatal, amygdala, and midbrain areas, has been widely implicated in a number of aspects of food reward. However, in humans, sensitivity to reward can vary significantly from one person to the next. Individuals high in this trait experience more frequent and intense food cravings and are more likely to be overweight or develop eating disorders associated with excessive food intake. Using functional magnetic resonance imaging, we report that individual variation in trait reward sensitivity (as measured by the Behavioral Activation Scale) is highly correlated with activation to images of appetizing foods (e.g., chocolate cake, pizza) in a fronto–striatal–amygdala–midbrain network. Our findings demonstrate that there is considerable personality-linked variability in the neural response to food cues in healthy participants and provide important insight into the neurobiological factors underlying vulnerability to certain eating problems (e.g., hyperphagic obesity)

Near and Mid-IR Photometry of the Pleiades, and a New List of Substellar Candidate Members

We make use of new near and mid-IR photometry of the Pleiades cluster in order to help identify proposed cluster members. We also use the new photometry with previously published photometry to define the single-star main sequence locus at the age of the Pleiades in a variety of color-magnitude planes. The new near and mid-IR photometry extend effectively two magnitudes deeper than the 2MASS All-Sky Point Source catalog, and hence allow us to select a new set of candidate very low mass and sub-stellar mass members of the Pleiades in the central square degree of the cluster. We identify 42 new candidate members fainter than Ks =14 (corresponding to 0.1 Mo). These candidate members should eventually allow a better estimate of the cluster mass function to be made down to of order 0.04 solar masses. We also use new IRAC data, in particular the images obtained at 8 um, in order to comment briefly on interstellar dust in and near the Pleiades. We confirm, as expected, that -- with one exception -- a sample of low mass stars recently identified as having 24 um excesses due to debris disks do not have significant excesses at IRAC wavelengths. However, evidence is also presented that several of the Pleiades high mass stars are found to be impacting with local condensations of the molecular cloud that is passing through the Pleiades at the current epoch.Comment: Accepted to ApJS; data tables and embedded-figure version available at http://spider.ipac.caltech.edu/staff/stauffer/pleiades07