Variabilités climatique et océanique du dernier cycle glaciaire-interglaciaire. Propriétés magnétiques et géochimiques des sédiments de la marge nord-ouest américaine subtropicale

Climatic and oceanic variabilities of the last glacial/interglacial cycle. Magnetic and geochemical properties of sediments from the North-western subtropical american margin

• Auteur / Autrice : Cécile Blanchet
• Direction : Nicolas Thouveny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences de l'environnement
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ferromagnétisme

Sols -- Dynamique

Sédiments marins

Paléo-océanographie

Atlantique, Côte de l' (Amérique)

Paléoclimatologie

Résumé

L’analyse des propriétés magnétiques et géochimiques de quatre carottes de sédiments marins provenant de la marge Nord-Ouest Américaine a permis de reconstituer les dynamiques de la sédimentation terrigène et des processus post-dépôt, liés aux changements climatiques et océanologiques au cours du dernier cycle glaciaire-interglaciaire (0-120 000 ans). Les carottes proviennent de trois sites localisés sur les côtes Californienne et Mexicaine : le Bassin de Santa Barbara (35°N), la marge de Basse Californie (23°N) et le Golfe de Tehuantepec (15°N). Les composantes terrigènes et biogènes des sédiments sont apportées suivant une dynamique saisonnière marquée et s’accumulent rapidement (35 à 150 cm/ka). La dégradation de la matière organique et la faible ventilation des eaux engendrent une réduction des taux d’oxygène dissous des eaux entre 300 et 800 m de profondeur, qualifiée de zone de minimum d’oxygène du Pacifique Est. Les paramètres magnétiques permettent de tracer les variations de concentration, nature et taille des grains magnétiques. Deux types de minéraux ferromagnétiques peuvent être détectés : les oxydes de fer terrigènes (magnétite, hématite, goethite) et les sulfures de fer authigènes (greigite, Fe3S4 et pyrrhotite, Fe7S8). Des mesures d’éléments majeurs et traces par fluorescence X (XRF) sur des intervalles-clés des carottes ont permis de préciser ces interprétations. Les rapports isotopiques de l’oxygène et du carbone mesurés sur des foraminifères planctoniques et benthiques dans la carotte du Golfe de Tehuantepec ont permis de reconstituer les variations des caractéristiques physico-chimiques et la structure de la colonne d’eau. Les séquences sédimentaires, datées par corrélation de profils de susceptibilité magnétique, âges 14C sur des foraminifères et identification d’excursions paléomagnétiques, couvrent la transition glaciaire-interglaciaire (0-40 ka) et l’une d’elles couvre le dernier cycle climatique (0-120 ka). Les fortes concentrations en oxydes de fer dans les sédiments glaciaires des trois sites suggèrent de forts apports terrigènes sur la marge NO américaine et notamment de forts apports éoliens (hématite et goethite) lors du dernier maximum glaciaire (20-16 ka BP). Des sulfures de fer de différents degrés de réduction détectés dans les sédiments du Bassin de Santa Barbara ont été interprétés en termes de conditions d’oxygénation des eaux de fond. La succession de phases anoxiques (pyrite, FeS2) et dysoxiques (moins anoxiques, sulfures ferrimagnétiques) est en accord avec l’indice de bioturbation de Behl et Kennett (1996) pour les derniers 15 ka et révèle l’existence de périodes dysoxiques lors des refroidissements abrupts de l’Atlantique Nord. Dans le Golfe de Tehuantepec, la thermocline était moins profonde pendant la déglaciation (16-10 ka BP) que pendant l’Holocène (10-0 ka BP) et la présence de gypse (CaSO4) authigène, formé par réoxydation de pyrite, dans les sédiments suggère une meilleure oxygénation des eaux de fond pendant les stades glaciaires.

The magnetic and geochemical properties of four marine sediment cores from the North-Western American margin allowed reconstructing the dynamics of the terrigenous sedimentation and of the post-depositional processes, related to climatic and oceanological changes during the last glacial-interglacial cycle (0-120,000 yrs). The cores have been retrieved in three sites located on the Californian and Mexican coasts: Santa Barbara Basin (35°N), margin of Baja California (23°N) and Gulf of Tehuantepec (15°N). Terrigenous and biogenic components of the sediments are deposited following a seasonal dynamic and accumulate rapidly (35 to 150 cm/ka). The degradation of the organic matter and weak ventilation of the waters lead to low dissolved oxygen contents in the water masses between 300 and 800 m depth, called the Eastern Pacific oxygen minimum zone. The magnetic parameters are used to trace the concentration, nature or grain sizes changes of the magnetic fraction. Two types of ferromagnetic minerals can be detected: the terrigenous iron oxides (magnetite, hematite, goethite) and the authigenic iron sulfides (greigite, Fe3S4 and pyrrhotite, Fe7S8). The relative contents of major and trace elements, measured by X-ray fluorescence (XRF) on key interval of the cores, help to improve the interpretations. Isotopic ratios of oxygen and carbon measured on planktonic and benthic foraminifera in the core from Gulf of Tehuantepec allowed the reconstitution of the physical and chemical characteristics and of the structure of the water column. The sedimentary sequences, dated by correlation of magnetic susceptibility profiles, calibrated 14C ages and identification of paleomagnetic excursions, cover the glacial-interglacial transition (0-40 ka) and one of them covers the last climatic cycle (0-120 ka). The high concentration of iron oxides in the glacial sediments in the three sites suggests strong terrigenous inputs on the NW American margin and notably strong aeolian inputs during the last glacial maximum (20-26 ka BP). Iron sulfides species of different reduction levels, detected in the sediments of Santa Barbara Basin, have been interpreted as proxies of bottom waters oxygenation conditions. The succession of anoxic (pyrite, FeS2) and dysoxic (less anoxic, ferrimagnetic sulfides) phases is in good accordance with the bioturbation index (Behl and Kennett, 1996) for the last 15 ka and revealed dysoxic phases during abrupt cooling of North Atlantic. In the Gulf of Tehuantepec, the thermocline was less deep during the deglaciation (16-10 ka BP) than during the Holocene (10-0 ka BP) and the presence of authigenic gypsum (CaSO4), formed by reoxidation of pyrite, in the sediments suggests a better oxygenation of the bottom waters during the glacial periods.