Apports continentaux versus upwellings dans le déclenchement de l’événement océanique anoxique Weissert (~137 Ma) : contraintes micropaléontologiques et isotopiques

Role of continental runoff versus upwellings in the triggering of the Weissert oceanic anoxic event (~137 My) : micropaleontological and isotopic investigations

• Auteur / Autrice : Majd Homaidan Shmeit
• Direction : Fabienne Giraud, Antoine El Samrani, Catherine Chauvel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 24/09/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Université Libanaise. Faculté des Sciences (Beyrouth, Liban)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Adatte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ata Elias
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emanuela Mattioli, Emmanuelle Pucéat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essaouira, Bassin d' (Maroc)

Géochimie isotopique

Nannofossiles

Valanginien

Crétacé inférieur

Mots clés libres

Crétacé inférieur

Valanginien

Marge centrale du Maroc

Stratigraphie intégrée

Nannofossiles calcaires

Isotopes radiogéniques (Pb, Sr et Nd)

Early Cretaceous

Valanginian

Central Moroccan margin

Integrated stratigraphy

Calcareous nannofossils

Radiogenic isotopes (Pb, Sr and Nd)

Résumé

De nombreux événements océaniques anoxiques sont enregistrés dans les sédiments marins du Crétacé (143.1 - 66 Ma). Ils sont caractérisés par un dépôt important de carbone organique et des perturbations associées dans le cycle global du carbone. L'événement océanique anoxique Weissert correspond à la première excursion positive importante des isotopes du carbone du Crétacé (étage Valanginien). Il a été associé à une augmentation de la température et de l'humidité, de la fertilité et de la productivité primaire des eaux marines de surface, et à une crise de biocalcification. Les conditions paléocéanographiques au cours de l’événement Weissert ne sont pas bien contraintes, et différentes hypothèses existent pour la fertilisation de l'océan. De plus, les mécanismes déclencheurs de cette perturbation ont été potentiellement liés à un volcanisme extensif provenant de grandes provinces ignées. Cette étude porte donc sur l'événement océanique anoxique Weissert, nouvellement identifié sur la marge centrale du Maroc, qui comprend le Bassin d'Essaouira-Agadir. Au cours du Crétacé, cette aire géographique était située sur la marge sud de la Téthys ; une analyse quantitative des assemblages de nannofossiles calcaires et des isotopes radiogéniques (Pb, Sr et Nd) a été réalisée sur un transect proximal-distal (coupes à terre et site DSDP 416A) afin de reconstituer les conditions paléocéanographiques autour de l’événement Weissert. Un cadre temporel bien contraint a été établi en utilisant la biostratigraphie par ammonites (coupes à terre) et nannofossiles calcaires, la chimio-stratigraphie (isotope du carbone) et les discontinuités sédimentologiques. L'évolution sédimentaire du Bassin d'Essaouira-Agadir a montré que les variations du niveau de la mer contrôlaient la paléogéographie, les apports clastiques et la disponibilité des nutriments. Les analyses quantitatives de l'ensemble des nannofossiles calcaires ont démontré des variations de la production de nannoplancton et de la fertilité des eaux de surface, principalement contrôlées par les changements du niveau de la mer. La production de nannoplancton et la fertilité des eaux de surface étaient particulièrement fortes au cours du Valanginien supérieur et coïncidaient avec les valeurs élevées de δ13Ccarb de l’excursion positive correspondant à l’événement Weissert. Les assemblages minéraux et argileux ont montré que des conditions climatiques plus humides et plus hydrolisantes prévalaient pendant cet intervalle de temps, conduisant à une augmentation du ruissellement continental et de l'afflux de nutriments associés, apportés dans le bassin, couplé à une grande transgression. Ces conditions étaient certaienement à l’origine de l’eutrophisation observée. Postérieurement à l'événement Weissert, la production de nannoplancton et la fertilité des eaux de surface sont restées fortes et plus élevées que durant le Valanginien inférieur, probablement en raison de conditions climatiques plus chaudes et plus humides. Les variations stratigraphiques des éléments majeurs et traces et des compositions isotopiques de Pb, Sr et Nd démontrent que l'apport de sédiments (c'est-à-dire l'apport de nutriments) résultait de l'altération continentale et du ruissellement plutôt que des upwellings océaniques. De plus, les isotopes radiogéniques ne soutiennent pas une contribution volcanique pendant tout l'intervalle Valanginien étudié.

Many oceanic anoxic events are recorded in Cretaceous marine sediments (143.1 – 66 My). They are characterized by extensive organic-carbon deposition and associated perturbations in the global carbon cycle. The Weissert Oceanic Anoxic Event corresponds to the first important positive carbon-isotope excursion of the Cretaceous (Valanginian stage). It has been associated with an increase in temperature and humidity, marine surface-water fertility and primary productivity, and a biocalcification crisis. The paleoceanographic conditions during the Valanginian stage are not well-constrained, and different hypotheses exist for the fertilization of the ocean. Also, the triggering mechanisms causing these perturbations have been tentatively linked with extensive volcanism from large igneous provinces. This study, therefore, investigates the Weissert Oceanic Anoxic Event, newly identified in the central Moroccan margin, which includes the Essaouira-Agadir Basin. A proximal to distal transect (two onshore sections and the DSDP Site 416A) on the central Moroccan margin, located on the southern Tethys margin during the Cretaceous, is investigated for both quantitative analysis of calcareous nannofossils and radiogenic isotopes. A well-constrained time framework was established using ammonite (onshore sections only) and calcareous nannofossils biostratigraphy, chemo-stratigraphy (carbon-isotope) and sedimentological discontinuities. The sedimentary evolution of the Essaouira-Agadir Basin was reconstructed and showed that sea-level variations controlled the paleogeography, clastic-input, and nutrient availability. The quantitative analyses of the entire calcareous nannofossil assemblage demonstrated variations in the nannoplankton production and the surface-water fertility and, mainly controlled by sea-level changes. Notably, the reconstruction demonstrated highest nannoplankton production and surface-water fertility in the late Valanginian, during the high δ13Ccarb values of the carbon-isotope positive shift corresponding to the Weissert Event. This eutrophication was concominant with a more humid and hydrolising climate on the continent from the late Valanginian, as seen from clay and mineral assemblages. This led to an increase in continental runoff and associated nutrients influx into the basin, coupled with a large transgression. After the Weissert Event interval, in the rest of the late Valanginian, both nannoplankton production and surface-water fertility were higher than during the early Valanginian, possibly due to warmer and more humid conditions. Stratigraphic variations in major and trace elements and in Pb, Sr and Nd isotopic compositions demonstrate that the sediment input (i.e. nutrients input) was dominated by continental weathering and runoff rather than by oceanic upwellings. Also, the radiogenic isotopes do not support a volcanic contribution during the studied Valanginian interval.