Notre objectif est d’extraire des archives sédimentaires océaniques les informations clefs permettant de contraindre les variations des taux d’érosion chimique et mécanique des surfaces continentales aux échelles des temps géologiques. Le principal verrou est l’absence de produits issus de l’altération chimique continentale dans l’enregistrement sédimentaire océanique ne donnant qu’une image partielle des exports continentaux vers l’océan. La communauté scientifique en modélisation numérique du climat et de l’altération ne peut pas inclure un paramètre fondamental i.e., la fraction chimique dissoute, dans l’évaluation des cycles biogéochimiques globaux passés.
Nos travaux récents ont permis de démontrer que les organismes marins carbonatés en zone côtière enregistrent lors de la formation de leur test les conditions physico-chimiques environnementales, mettant ainsi en évidence la/les contributions potentielles des décharges fluviatiles et/ou des résurgences souterraines sous-marines (El Meknassi et al., 2018, 2020 ; Briard et al., 2020). En appliquant ces observations aux dépôts océaniques, nous pourrons tracer les exports continentaux sous sa forme dissoute, via les organismes carbonatés du domaine néritique. Combinés aux taux d’érosion mécanique obtenus via l’analyse des argiles exportées, il sera ainsi possible de quantifier l’altération chimique et mécanique et de là estimer un taux de dénudation intégré.
Pour évaluer la faisabilité d’une telle approche scientifique, nous avons choisi la transition Eocène-Oligocène (EOT), témoin d’un changement climatique majeur d’un climat « green-house » à un climat « ice-house ». Le chantier choisi est la marge africaine de l’Atlantique Equatorial à l’EOT durant laquelle les exports détritiques du craton ouest africain ont été quantifiés (« source to sink » par stratigraphie sismique et géomorphologie ; Rouby et al., 2023) constituant ainsi un contexte unique pour une étude minéralogique et géochimique poussée. IODP-France nous donne accès aux archives sédimentaires océaniques.
Dans une première étape, nous avons contraint la circulation paléo-océanique à l’échelle globale via l’étude des foraminifères planctoniques et benthiques préservés dans les carottes sédimentaires autour de l’antarctique. L’objectif est de contraindre l’effet du contexte géodynamique sur la circulation des différentes masses d’eau et de leur état physico-chimique. Les résultats obtenus sur des foraminifères et basés sur des proxies de paléo-température de l’eau de mer (rapports molaires Mg/Ca), redox (anomalie Ce/Ce*) et de provenance (87Sr/86Sr) mettent en évidence (Hodel et al., 2021, 2022) :
- Un mélange progressif des masses d’eau de mer entre l’océan atlantique sud et pacifique de 31 Ma à 26 Ma, et entre l’océan indien et l’océan pacifique à 35 et 31 Ma,
- L’ouverture du passage de Tasman à 35 Ma suivie de l’ouverture et l’approfondissement du passage de Drake à partir de 31 à 26 Ma, initient l’Antarctique Circumpolar Current (ACC),
- L’antériorité du début de la glaciation oligocène (à 33,7 Ma) par rapport au début de l’ACC (31-26 Ma), implique que le changement de la pCO2 atmosphérique est l’évènement déclencheur de la glaciation oligocène.
Nous utiliserons, sur ces échantillons, les traceurs géochimiques et isotopiques classiques (ex. REEs, Sr, Nd) et en développerons des nouveaux (ex., Li et Cr). Ces compositions en éléments et isotopes caractéristiques des processus d’altération continentale, seront combinés à la géométrie bassins de drainage (groupe Reliefs & Flux) et aux exports des sédiments continentaux préservés sur la marge passive (groupe Tectonique & Relief), pour contraindre les exports chimiques et détritiques du continent et les taux de dénudations associés. Ces résultats serviront ensuite à contraindre des modèles numériques des processus de surface continentales et/ou climatiques afin d’aborder notre question centrale « Comment le climat impacte-t-il, aux échelles de temps géologiques, les dynamiques d’érosion et d’altération des reliefs continentaux et les flux particulaires/dissous exportés qui modifient la composition de l’océan global ? ».
Implication de jeunes chercheurs : F. Hodel (post-doctorant IODP-France), J. Briard et S. El Meknassi (doctorantes), C. Fériot et R. Grespan (Masters 2)
Financement : IODP-France, ED SD2E, ANR-AMOR, INSU-LEFE
Collaboration : LEGOS (UMR5566), Chrono-Environnement (UMR6249)
Références :
- Rouby, D., Ye, J., Chardon, D., Loparev, A., Wildman, M. Dall’Asta, M., 2023. Source-to-sink sedimentary budget of the African Equatorial Atlantic rifted margin. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 24, e2023GC010901.
- Hodel F., Fériot C., de Rafélis M., Dera G., Lezin C., Nardin E., Rouby D, Aretz M., Antonio P., Steinnman M., Buatier M., Lacan F., Jeandel C., Chavagnac V., 2022. Eocene-Oligocene Southwest Pacific Ocean paleoceanography: New insights from foraminifera chemistry (DSDP Site 277, Campbell Plateau). Frontiers Earth Sciences, Marine Geoscience, 10.3389/feart.2022.998237
- Hodel F., Grespan R., de Rafélis M., Dera G., Lezin C., Nardin E., Rouby D., Aretz M., Steinmann M., Buatier M., Lacan F., Jeandel C., Chavagnac V., 2021. Drake gateway opening and Antarctic Circumpolar Current onset 31 Myrs ago: The message of foraminifera and reconsideration of the Neodymium isotope record. Chemical Geology, 10.1016/j.chemgeo.2021.120171
- El Meknassi S., Dera G., De Rafélis M., Brahmi C., Lartaud F., Hodel F., Jeandel C., Menjot L., Mounic S., Henry M., Besson P., Chavagnac V., 2020. Seawater 87Sr/86Sr ratios along continental margins: Patterns and processes in open a restricted shelf domains.Chemical Geology, 10.1016/j.chemgeo.2020.119874
- Briard J., Pucéat E., Vennin E., Daëron M., Chavagnac V., Jaillet R., Merle D., de Rafélis M., 2020. Seawater paleotemperature and paleosalinity evolution in neritic environments of the Mediterranean margin during the Miocene: insights from combined isotope analysis of bivalve shells. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 10.1016/j.palaeo.2019.109582
- El Meknassi S., Dera G., Cardone T., De Rafélis M., Chavagnac V., 2018. Sr isotope ratios of modern carbonate shells : good and bad news for chemiostratigraphy. Geology, doi: 10.1130/G45380.1