Utilisation du rapport (231Pa/230Th) des sédiments marins pour caractériser les changements de circulation océanique lors des variations climatiques de la dernière période glaciaire

Reconstructing last glacial changes in Atlantic meridional overturning rate using marine sediment (231Pa/230Th)

• Auteur / Autrice : Pierre Burckel
• Direction : Claire Waelbroeck, Jeanne-Marie Gherardi, Sylvain Pichat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Paléoclimatologie et Paléocéanographie
• Date : Soutenance le 28/11/2014
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....) - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette]
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mary Elliot, Alex Thomas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paléoclimatologie

Changements climatiques

Circulation océanique

Sédiments marins

Paléo-océanographie

Mots clés libres

Circulation Atlantique

Dernière période glaciaire

Sédiment Pa/Th

Atlantic circulation

Last glacial period

Sedimentary Pa/Th

Tropical rain belt

Résumé

Dans cette thèse, je reconstitue la dynamique de la circulation méridienne de retournement de l’Atlantique (AMOC) au cours des changements climatiques rapides de la dernière période glaciaire. Je trouve ainsi que le ralentissement de la cellule supérieure de l’AMOC commence 1420 ± 250 (1σ) années avant le déplacement vers le sud de l’ITCZ associé au « Heinrich Stadial » 2 et 690 ± 180 (1σ) années avant celui associé au « Heinrich Stadial » 4. Mes résultats confirment donc qu’un ralentissement de l’AMOC pourrait être à l’origine des migrations de l’ITCZ associées aux « Heinrich Stadials » et fournissent une première estimation précise du décalage temporel entre ces deux variables climatiques. Sur la base de ces résultats, je propose un mécanisme expliquant les différences entre les « Heinrich Stadials » et les « Dansgaard-Oeschger Stadials ».Je montre que deux cellules de circulation étaient probablement actives dans l’océan Atlantique pendant les périodes chaudes au Groenland (« interstadials ») : une cellule supérieure initiée par l’écoulement au-dessus de 2500 m d’une masse d’eau en provenance du nord et se dirigeant vers le sud, et une cellule inférieure initiée par l’écoulement au-dessous de 4000 m d’une masse d’eau en provenance du sud et se dirigeant vers le nord. Le taux de renouvellement de la masse d’eau profonde de la cellule supérieure était probablement plus faible que celle de la masse d’eau actuellement formée dans les hautes latitudes de l’océan Atlantique Nord. Au début des « Heinrich Stadials », la structure de l’AMOC a significativement changé et des eaux en provenance du sud ont probablement dominé l’océan Atlantique en-dessous de 1300 m de profondeur.

In this thesis, I reconstruct the dynamic of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) during fast climate changes of the last glacial period. I find that the AMOC upper circulation cell started to slowdown 1420 ± 250 (1σ) and 690 ± 180 (1σ) years before the southward shifts of the Inter Tropical Convergence Zone associated with Heinrich Stadial 2 and Heinrich Stadial 4, respectively. I therefore confirm that an AMOC slowdown could be at the origin of the ITCZ shifts that occured during Heinrich Stadials and provide the first precise estimate of the phasing between these two climate variables. Based on these results I propose a mechanism explaining the difference between Heinrich and Dansgaard-Oeschger stadials.Using modeling results, I show that the Atlantic Ocean circulation during periods of higher Greenland temperatures (interstadials) was markedly different from that of the Holocene. Two overturning cells were likely active in the Atlantic Ocean: an upper overturning circulation cell initiated by northern-sourced deep water flowing southward above ~2500 m depth at the equator, and a lower overturning circulation cell initiated by southern sourced deep water flowing northward below ~4000 m depth at the equator. The overturning rate of the upper overturning cell was likely lower than that of present-day North Atlantic Deep Water. At the onset of Heinrich Stadials, the structure of the AMOC significantly changed, and southern-sourced deep-waters likely dominated the equatorial Atlantic Ocean below 1300 m depth.