Le réchauffement, l'acidification ou l'état de saturation des océans ont-ils contrôlé la production de coccolithophores lors des épisodes hyperthermiques anciens ?

Did ocean warming, acidification or saturation state control coccolithophorids production through time ?

• Auteur / Autrice : Alessandro Menini
• Direction : Emanuela Mattioli, Guillaume Suan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre
• Date : Soutenance le 23/10/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Lecuyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emanuela Mattioli, Guillaume Suan, Marie-Pierre Aubry, Giuliana Villa, Mathieu Martinez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Pierre Aubry, Giuliana Villa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coccolithophores

Acidification des océans

Biostratigraphie

Paléo-océanographie

Mots clés libres

PETM

Nanofossiles calcaires

Biostratigraphie

Production de carbonate pelagique

Cycle du carbone

Cycle du calcium

Paleoceanographie

T-OAE

PETM

Calcareous nannofossils

Biostratigraphy

Pelagic carbonate production

Carbon cycle

Calcium cycle

Paleoceanography

T-OAE

Résumé

Les émissions de CO2 devraient augmenter les températures globales et affecter la chimie des océans, un phénomène mieux connu sous le nom d'acidification des océans. Cet dernier phénomène constitue une menace majeure pour le biote calcifiant marin (coraux, foraminifères, coccolithophores). Cependant, des travaux récents ont identifié une résilience particulière des coccolithophores aux événements passés d'acidification des océans, alors que la température serait le facteur principale qui limiterait la biocalcification. Les études de culture sur les coccolithophores permettent de comprendre la réponse aux variations de température, de pCO2 ou de pH à court terme, mais la résilience à long terme face aux changements environnementaux est cruciale pour évaluer le rôle respectif de l'acidification des océans et de la température sur le coccolithes fossiles. Nous abordons la réponse à long terme des coccolithophores à ces paramètres en analysant les enregistrements fossiles de deux événements globales du passé caractérisés par des perturbations du cycle du carbone associées aux fluctuations du CO2 et au réchauffement climatique : il s'agit de l’Événement Anoxique Océanique de Toarcien (T-OAE ; 183 Ma) et du Maximum Thermique à la limite Paléocène-Eocène (PETM ; 56 Ma). Tout d'abord, je présente une nouvelle biostratigraphie à haute résolution pour ces deux événements afin de le relier les bioévénements à la courbe des isotopes stables du carbone et donc à l'excursion des isotopes du carbone définissant le T-OAE et le PETM. Nous quantifions la réponse des cocolithes fossiles aux événements hyperthermiques passés en quantifiant le taux d'accumulation des nanofossiles. Les deux événements sont des hyperthermiques, mais seul le premier enregistre les accumulations de matière organique (black shales). Outre l'acidification des océans, la saturation en carbonate et l'alcalinité des océans ont un impact sur les coccolithophores ; nous utiliserons donc la composition en isotopes de calcium du test des foraminifères planctoniques pour suivre les changements de la concentration en CO32- à travers le PETM, où l'acidification des océans est déduite, et comparerons ces données avec des enregistrements analogues pour le T-OAE

Ongoing CO2 emissions are expected to increase global temperatures and affect ocean chemistry better known as ‘ocean acidification’. This latter is a major threat for marine calcifying biota (corals, foraminifera, coccolithophorids). However, recent works identify a particular resilience of coccolithophorids to past ocean acidification events, whereas temperature limits biocalcification. Studies on cultured coccolithophorids or surface-water samples allow understanding the response to short-term temperature, pCO2 or pH variations, but long-term species-specific resilience to environmental changes is crucial to evaluate the respective role of ocean acidification and temperature on fossil calcifying biota. We approach the long-term response of coccolithophorids to these parameters by analyzing the fossil record of two past global events showing perturbation of the carbon cycle associated to CO2 fluctuations and global warming: these are the Toarcian Oceanic Anoxic Event (T-OAE; 183 Ma) and the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM; 56 Ma). Firstly, I present new high resolution biostratigraphy for both events in order to link the bioevents to the carbon stable isotopes curve and hence to the carbon isotopes excursion defining the T-OAE and the PETM. We quantify the response of fossil cocoliths to past hyperthermal events by quantifying nannofossils accumulation rate. Both are hyperthermals, but only the former records organic matter accumulations (black shales). Besides ocean acidification, the carbonate saturation and alkalinity of the oceans have an impact on coccolithophorids; we will thus use the calcium isotope composition of the test of planktonic foraminifera to track changes in CO32- concentration across the PETM, where ocean acidification is inferred, and compare these data with analogue records for the T-OAE