Les variations climatiques du Pacifique équatoriale au cours du Miocène-Pliocène

• Auteur / Autrice : Gabrielle Rousselle
• Direction : Marc de Rafélis Saint Sauveur, Catherine Beltran, Marie-Alexandrine Sicre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coccolithes

Isotopes stables

Pliocène

Miocène

Mots clés libres

Pacifique équatoriale

Résumé

Les circulations atmosphériques et océaniques de l’actuel Pacifique équatorial sont directement influencées par les modifications climatiques et tectoniques qui surviennent au cours du Miocène et du Pliocène, avec la mise en place des glaciations Antarctique (~ 13. 9 Ma) puis Arctique (~ 3 Ma) et la fermeture progressive des couloirs océaniques correspondant aujourd’hui à l’isthme de Panama et au seuil Indonésien. L’objectif principal de ce travail est donc de proposer une reconstitution des variations climatiques du Pacifique équatorial au cours des derniers 23 Ma, et de caractériser cette réponse climatique par rapport aux changements globaux et locaux subies par cette région. Afin de répondre à cette problématique, des analyses à partir de matériel minéral (18O and 13C sur carbonate total, Noelaerhabdaceae et G. Menardii), et organique (indices d’insaturation Uk’37 et TEX86, et 13C sur alcénones) ont été réalisées aux sites IODP 1335 et 1338 (dans l’est du Pacifique équatorial - EEP) et au site ODP 806 (ouest du Pacifique équatorial - WEP). L’évolution des températures de surface basée sur l’indice d’insaturation des alcénones au cours du Miocène et du Pliocène (site 1338) est alors combinée avec les enregistements des isotopes stables menés sur le carbonate total (18Ocarbonate total), et sur des fractions fines enrichies en Noelaerhabdaceae (18ONoelaerhabdaceae). Une des particularités de ce travail de thèse est que les espèces de Noelaerhabdaceae sont responsables de la production des alcénones, sur lesquelles sont basée les reconstitutions de température de surface. Combiner ces SSTs avec le 18ONoelaerhabdaceae permet alors d’estimer le 18O des eaux de surface, ainsi que les variations de la salinité de surface, à partir d’un même porteur du signal. La comparaison des enregistrements avec la courbe de 18Obenthiques établies à partir de différents sites du Pacifique équatorial permet de différencier les variations liées aux modifications climatiques globales des variations locales de salinité dans l’est et l’ouest du Pacifique équatorial, avec une baisse de salinité des eaux de surface entre 11,5 et 10 Ma, 6,8 et 6 ma et entre 4,6 et 3,2 Ma dans l’EEP, et entre 4,6 et 3,5 Ma et entre 2,1 et 1,5 Ma dans le WEP. En se basant sur les gradients isotopiques (18O et 13C) entre la surface (Noelaerhabdaceae) et la subsurface (G. Menardii), plusieurs périodes de remontée de la thermocline à l’est du Pacifique équatorial sont mises en évidence, ainsi que des périodes d’approfondissement à l’ouest correspondant aux apparitions successives de la warm pool. Enfin, les mesures de 13C sur alcénone permettent de reconstituer les variations de pCO2 au cours du Pliocène, qui, contrairement au postulat généralement admis, ne montrent pas de relation directe avec la mise en place des calottes de l’hémisphère nord. On met en évidence une thermocline profonde et des condition thermiques stables dans l’ensemble du Pacifique équatorial au cours du Miocène inférieur à moyen, période où l’on enregistre également l’excursion de Monterey. A partir du carbonate crash (~ 11-9 Ma), on commence à observer une différence entre les conditions climatiques est - ouest enregistrées par les eaux de surface et la thermocline, qui s’accentue à partir de 5 Ma. La profondeur de la thermocline commence à diminuer dans l’est du Pacifique équatorial entre 6,8 Ma et 6 Ma, puis cette tendance s’intensifie entre 4,8 Ma et 4 Ma, s’accompagnant d’un refroidissement des eaux de surface, et de l’intensification de l’upwelling équatorial, associés à la fermeture du CAS. Les données mettent en évidence l’extension de la cold tongue au cours du Pliocène inférieur (4,4 Ma - 3,6 Ma), de pair avec un approfondissement de la thermocline à l’ouest et la formation de la warm pool. On voit ici le développement de l’actuelle asymmétrie est-ouest des températures de surface et de la profondeur de la thermocline du Pacifique équatorial, et l’émergence progressive de paléo-périodes El Niño et La Niña, précurseurs des oscillations ENSO.

The modern Equatorial Pacific setting progressively developed during the Miocene and the Pliocene, with a gradual closure of the Central American Seaway (CAS) and the gradual constriction of the Indonesian seaway. In parallel, the Earth experienced a climatic transition from the mid-Miocene warm period to the modern “ice-house” climate with the growth of the Antarctic Ice-sheet (~ 13. 9 Ma) and the appearance of large Northern Hemisphere Glaciations (NHG) (~ 3 Ma). The aim of this study is then to propose a reconstruction of climatic varitions of the equatorial Pacific during the last 23 Myrs, and to characterize this climatic answer over the global and local changes that have occurred in this area. In order to answer this problematic, analyzes of stable isotopes (18O and 13C on bulk, Noelaerhabdaceae and G. Menardii) and organic biomarkers (Uk’37, TEX86 and 13C on alkenones) have been performed on IODP sites 1338, 1335 (Eastern equatorial Pacific - EEP) and ODP site 806 (Western equatorial Pacific - WEP). We present here the Mio-Pliocene alkenone-derived curve (site 1338), combined with the oxygen stable isotopes record of bulk carbonate (18Obulk) and calcareous nannofossils dominated fractions (18ONoelaerhabdaceae), from site 1338 and 806. The originality of this work lies in that the calcareous nannofossils species that are concentrated in the fine fractions belong to the same family to the alkenone producers. SST and 18ONoelaerhabdaceae time-series indicate periods of significant salinity variations. Then, comparison with the 18Obenthic curve from sediment cores of the Equatorial Pacific Ocean allow us to distinguish between global changes and local salinity variations in the EEP, with a freshening between 11. 5 and 10 Ma, 6. 8 and 6 Ma and between 4. 6 and 3. 2 Ma, and in the WEP between 4. 6 and 3. 5 Ma and between 2. 1 and 1. 5 Ma. Based on isotopic gradients (18O et 13C) between the surface waters (18ONoelaerhabdaceae) and the thermocline (18OG. Menardii), several periods when the thermocline is shallow in the EEP are evidenced, together with deepenings of the thermocline in the WEP corresponding to successive appearances of the warm pool. Finally, measurements of 13C on alkenones allow to infer pCO2 variations during the Pliocene. Contrary to the generally accepted assumption, results do not show a direct relationship with the establishment of the NHG. The surface and subsurface waters of the equatorial Pacific are generally warm, with a deep thermocline during the early and middle Miocene, period punctuated by the Monterey excursion and deposits of organic matter enriched sediments on the Californian coast. After the carbonate crash event (~11-9 Ma), the equatorial Pacific starts to experiments an increase in the difference of climatic conditions of the surface and the thermocline at each site and between the East and the West, especially from 5 Ma. The thermocline starts to shoal in the late Miocene in the EEP between 6. 8 and 6 Ma, and shows a more pronounced shoaling between 4. 8 and 4. 0 Ma accompanying a sea surface cooling, associated with the CAS closure. Our data and those available from other sites of the same area show the extension of a cold tongue during the Early Pliocene (4. 4-3. 6 Ma), together with a deepening of the thermocline in the West and the warm pool formation. We see here the development toward modern conditions and the W-E asymmetry in SST and thermocline depth of the equatorial Pacific, along with the gradual emergence of El Niño and La Niña-like paleo-periods.