Evolution de la Mousson et de la Circulation Océanique sur les Derniers 65000 ans en Mer d'Halmahera (Indonésie)

Evolution of the Monsoon and of the Oceanic Circulation over the last 70000 years in Halmahera Sea (Indonesia)

• Auteur / Autrice : Luli Gustiantini
• Direction : Catherine Kissel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Météorologie, océanographie, physique de l'environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2011
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Institute Technology of Bandung
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Chronologie Magnétisme (CHRONOMAG)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Université Paris-Sud (1970-2019)

Mots clés

Mots clés libres

Mousson

Mer d'Halmahera

La circulation océanique

Monsoon

Halmahera Sea

Oceanic circulation

Résumé

Le sujet de cette thèse est de comprendre le rôle joué par les variations du cycle hydrologique (courants marins, mousson, ENSO) et du niveau marin sur la variabilité climatique telle qu'enregistrée en mer d’Halmahera, dans la partie orientale de l'archipel indonésien. La mer d’Halmahera est située dans le coeur de la Western Pacific Warm Pool, et est l'une des routes d’entrée de la Indonesian troughflow (ITF) dans la partie orientale de l'Indonésie. L'ITF est une composante majeure de la circulation océanique mondiale, reliant l'océan Pacifique à l'océan Indien. Pour cette étude, une séquence sédimentaire longue (carotte MD10-3339, ~39 m) a été prélevée dans le bassin de Halmahera à environ 1920 m de profondeur d'eau. Cette séquence fournit environ 65 ka d'enregistrement paléoclimatique analysé à haute résolution en utilisant de multiples traceurs. Cette étude comprend: 1. L’analyse isotopique (δ18O et δ13C) des foraminifères planctoniques. La courbe δ18O permet en premier lieu de construire un modèle d'âge en complément des 21 datations radiocarbone. Les deux isotopes donnent accès à la physicochimie des eaux de surface. Couplés à l'analyse du rapport Mg/Ca, ils permettent de reconstruire les variations de température et salinité des eaux de surface 2. L'analyse haute résolution des éléments majeurs et trace par X-Ray Fluorescence (XRF), des propriétés magnétiques (nature, taille, concentration, orientation préférentielle des grains magnétiques), de la microgranulométrie par la taille moyenne de sortable silt. Toutes ces analyses permettent de déterminer les changements paléoenvironnementaux et les processus de sédimentation (ruissellement, intensité des courants de fond). 3. L'analyse des assemblages de microfaune pour reconstruire les changements de physico-chimie de la partie supérieure de la colonne d'eau. La reconstruction de modèle d'âge indique que la séquence couvre 65 000 ans avec un taux de sédimentation assez régulier d'environ 54 cm/ka. Ceci est un taux de sédimentation exceptionnellement fort dans cette région et il permet d'obtenir des données à très haute résolution, les pas d'échantillonnage variant de 2 à 15 cm suivant les analyses. Les données δ18O -Mg/Ca mettent en évidence des variations long et court-termes dans la SST et δ18Osw locale (relatives à l'advection, l'évaporation / précipitations locales). La différence de température entre l’Holocène récent et le LGM est d'environ 3.1°C. Le signal de ∂18O montre également des variations court-termes pendant le MIS3 qui peuvent être correlatées aux variations climatiques observées aux hautes latitudes nord. La source d'éléments terrigènes, leur transport et leur processus de leur sédimentation liés aux précipitations à terre et aux variations de transport océanique sont abordés à partir de l’analyse haute résolution par X-Ray Fluorescence (XRF). Certains éléments (Fe, Ti, Ca, K) varient à haute fréquence en phase avec les δ18O planctoniques sur l’intervalle 35-45 ka et pendant la dernière déglaciation. De manière surprenante, cette forte relation de phase diminue à la fin du MIS3 et pendant le MIS2. Pour pouvoir comparer les éléments entre eux à partir des mesures obtenues par scan, il a été nécessaire de les corriger de la teneur en eau et des effets de matrice. Des rapports calibrés entre éléments ont ainsi pu être obtenus grâce à la comparaison des mesures relatives avec des mesures effectuées sur des échantillons discrets répartis sur l'ensemble de la séquence. Ces rapports montrent des variations court-termes en phase avec des variations dans les propriétés magnétiques. Ceci semble indiquer des variations dans les apports relatifs de différentes sources détritiques, certainement en lien avec les conditions climatiques à terre. C'est la toute première fois qu'une telle variabilité est observée dans ces régions basse latitudes et les mécanismes mis en jeu notamment en lien avec les variations climatiques observées à haute latitude sont en cours d'étude. L'étude de la structure de la partie supérieure de la colonne d'eau en combinant les données isotopiques et le rapport Mg/Ca de différentes espèces de foraminifères planctoniques avec les données d'abondance en coccolithes est également en cours. Tous ces résultats ont été présentés dans le poster session de l'EGU (Union européenne Gosciences) à Vienne en Autriche par mon superviseur, et AOGS (Asie Océanie Geociences Society) par moi-même à Singapour au cours de cette année.

The subject of this PhD thesis is to understand the role played by sea level, deep currents and monsoon/ENSO in the climatic variations recorded in the tropical water of the Halmahera sea in the eastern part of Indonesian Archipelago. Halmahera Sea is situated in the heart of the Western Pacific Warm Pool, and it is one of the entrance path of the Indonesian troughflow (ITF) in the eastern side of Indonesia. The ITF is a major component of the global thermohaline circulation because it links the pacific waters to the Indian ones. To reach this goals, a giant piston core MD10-3339 (39m) was retrieved in the Halmahera basin at ~1920m water depth. It provides a ~65 ka-long sequence on which we performed a high-resolution multiproxy study including: 1. Stable O and C isotopic analysis of planktic foraminifera. Combined with 21 14C dates, the oxygen isotope record is used to construct the age model. These isotopes, together with the Mg/Ca ratio allow to reconstruct the physicochemical characteristics of the surface water (temperatures and salinity). 2. High resolution X-ray fluorescence (XRF) scanning analysis, magnetic properties of the terrigenous fraction (nature, size and concentration), the anisotropy of magnetic susceptibility (preferential alignement of the elongated grains) and mean size of sortable silt allow to decipher paleoenvironmental such as changes in the source area (precipitation, runoff), in the bottom current intensities. 3. The last analysis is microfaunal assemblages to reconstruct the paleoenvironmental changes. The age model reconstruction indicates that the core covers the last 65 ka with a rather constant sedimentation rate of approximately 54 cm/ka. This is an exceptionally high sedimentation rate compared to the other cores studied at these latitudes and it allows to reach very high time resolutions associated to a sampling interval varying between 2 and 15 cm depending on the studied proxy. Paired ∂18O-Mg/Ca data infer past changes in SST and local ∂18Osw (i.e. advection, local evaporation/precipitation). The sea surface temperatures indicate approximately 3.1°C temperature increase between LGM and late Holocene. ∂18O record also exhibits short-term variations throughout MIS 3 which might be correlated to the climatic changes observed at high latitudes. The sedimentary sources and processes that might related to the terrigenous input and precipitations on land are also revealed from the XRF scanning – derived elemental composition compared to magnetic properties. Several elements (Fe, Ti, Ca and K) co-vary on the short-term with planktonic ∂18O over the 35-65 ka interval and through the last deglaciation. Surprisingly, this strong in-phase relationship declines at the end of MIS3 and during MIS2. In order to compare the relative concentration in various elements from scannned data, it was first needed to correct the data for the water content and some matrix effects. Calibrated ratios could then be obtained by correlation with measurements made on discrete samples distributed along the sequence. The ratios indicate short-term vairations in phase with variations in magnetic properties. This suggests short-term variations in relative inputs from different sources, most likely linked to climatic conditions on land. It is the first time that such short-term variations are observed in this low latitude region and the study of the mecanisms, in particular in relation with the climatic changes observed at high latitudes is underway. The study of the structure of the upper water column by combining isotopes and Mg/Ca on different foraminifera species and with coccoliths abundance is also underway. These results have been presented in a poster session at the general Assembly of EGU (European Gosciences Union) in Vienna Austria by my supervisor, and AOGS (Asia Oceania Geociences Society) by me in Singapore during this year.