Climat et composition de l'atmosphère au Précambrien : des paléosols aux simulations numériques

Precambrian climate and atmosphere : from paleosols to numerical simulations

• Auteur / Autrice : Yoram Teitler
• Direction : Frédéric Fluteau, Pascal Philippot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géologie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Archéen

Paléopédologie

Précambrien

Méthane

Résumé

Nous mettons en évidence l'existence de nouveaux paléosols au sein du groupe Fortescue (craton des Pilbara, Australie). Bien que largement affectés par des processus hydrothermaux, plusieurs assemblages minéralogiques issus de l'altération météorique y ont été préservés, témoignant de la présence d'oxygène dans l'atmosphère il y a 2,76Ga. Nous estimons une teneur en oxygène entre 0,3 et 3% de la valeur actuelle. Nous proposons que l'émersion de plateaux basaltiques soit à l'origine de l'accumulation d'oxygène dans l'atmosphère. Ce processus dure assez longtemps pour engendrer une altération oxydante dont de nombreuses traces sont enregistrées dans les sédiments tardi-archéens. En conséquence, les modèles reposant sur l'hypothèse d'une atmosphère anoxique s'avèrent inadaptés pour calculer la pCO2, et seules les estimations basées sur les bilans de masse restent pertinentes. A l'aide de modèles climatiques, nous montrons que ces estimations sont compatibles avec le maintien d'une Terre déglacée à la fin de l'Archéen, sans nécessiter de fortes teneurs en méthane. Nous proposons également que les glaciations Huroniennes résultent non seulement de la baisse du méthane, mais également d'une diminution de la pCO2. Pour des périodes plus anciennes, nous montrons que la présence de nuages à larges gouttelettes permettrait de maintenir la Terre déglacée dès 3,5Ga, y compris pour des faibles pressions partielles de CO2. Toutefois, de si faibles teneurs en CO2 paraissent peu probables au vu de l'étude couplée climat-carbone. En effet, nous montrons que la régulation du CO2 est gouvernée par la quantité de surface continentale émergée.

We discovered at least six new paleosol occurrences within the Fortescue Group (Pilbara craton, Australia). Although largely reequilibrated by secondary processes, several of these paleosols preserve mineral assemblages inherited from early weathering, which raise questions about the interpretation of a reducing Late Archean atmosphere. This oxygenation process lasted long enough to trigger significant oxidative weathering as shown by numerous isotopic proxies in oceanic sediments. As a consequence, models for pCO2 estimations that rely on the anoxic atmosphere hypothesis are irrelevant, and solely the mass balance model calculations remain robust. Using climate modelling, we show that these estimates are consistent with an ice-free surface at the end of the Archean without the need of invoking a high pCH4. We propose that paleoproterozoic ice ages were triggered by the collapse of atmospheric methane that follows the oxygenation of the atmosphere, but also by a decrease of pCO2. For older points, we also show that the formation of clouds with large-sized dropplets is able to maintain an ice-free surface even at very low pCO2 (6 PAL). However, coupled climate-carbon simulations show that such a low pCO2 is unrealistic. In a general way, we argue that long-term pCO2 regulation is governed by the amount of continental surface exposed to weathering and their lithology.