Etudes isotopique et microfaunique de la carotte MD95-2001

(Atlantique Nord, de -165 à –59 ka).Résumé étendu par Julie MORVAN

Etude menée en 2001 par J. MORVAN et C. PUJOL (Université Bordeaux I)

Introduction• Dans le domaine océanique, le Nord-Est de l'Océan Atlantique constitue une zone clé pour la compréhension de

l'Océan dans le climat global. Elle est le siège de formation d'eaux profondes, là où s'initie la circulation thermohaline globale qui régit l'activité de la machine-océan (Broecker et al., 1990). Le Golfe de Gascogne et ses abords sont une zone privilégiée d'analyses qui ont été depuis plusieurs années le siège de travaux divers.

• Récemment, la première campagne IMAGES à bord du navire océanographique "Le Marion Dufresne" a permis de prélever dans le Golfe de Gascogne des colonnes sédimentaires de plus de 20 m de long dans des zones à taux de sédimentation important. Ainsi, l'analyse à haute résolution de la carotte MD95-2002 (Ifremer, 2000 ; Zaragosi et al., 2001) a permis une documentation très fine du Quaternaire terminal. L'absence, dans cette carotte, de la base du stade 5 (dernier interglaciaire "proche" de notre "postglaciaire") est cependant un élément négatif à une meilleure compréhension du passage glaciaire/interglaciaire.

• Afin de documenter au mieux l'ensemble des processus subis par l'environnement marin et d'en appréhender la portée régionale voire globale, cette étude rend compte de l'analyse des foraminifères planctoniques, à très haute résolution, principalement dans le stade isotopique 5 et également dans les stades adjacents, d'une carotte à fort taux de sédimentation (MD95-2001, mission IMAGES I). Elle a été prélevée dans une zone à faible perturbation sédimentaire (turbidites, contourites), sur un dôme, où les dépôts sont de type hémipélagique. Les analyses préliminaires ont permis de mettre en évidence le développement du stade 5 et des stades glaciaires 6 et 4 sous et sus-jacents. Les foraminifères sont appréhendés ici comme proxy principal. Leur grande représentativité dans les sédiments marins et leur affinité avec le milieu dans lequel ils se développent en font d'excellents traceurs de paléoenvironnements superficiels.

• Voici quel est le principal problème posé et quelques pistes de résolution :– Quelle a été la variabilité climatique au cours du stade isotopique 5 dans l'Océan de surface

Atlantique Nord ?– approche physico-chimique de l'hydrologie : reconstitution des paléotempératures et paléosalinités– approche et isotopique : d18O– approche écologique: associations microfauniques

Matériel : La carotte MD95-2001

• Golfe de GascogneMD95-2001• La carotte MD95-2001 a été

prélevée à bord du n.o. "Le Marion Dufresne". Elle est située sur la pente continentale au débouché de la Manche, dans la zone de replat de Trevelyan, à 3788 m de profondeur (Fig. 1). D'une longueur de 22.37 m, l’analyse préliminaire de cette carotte a permis de localiser assez précisément le dernier interglaciaire (stade isotopique 5 ou Marine Isotopic Stage : MIS 5) et les stades glaciaires sous et sus-jacents, entre 1500 et 2100 m.

0 2 0 0 4 0 0km

Golfe de Gascogne

MD95-2001

Figure 1 :Carte de localisation de la carotte MD95-2001

Carottes Type

Coordonnées géographiques

Profondeur Longueur

Latitude Longitude

MD95-2001 Calypso Kullenberg 46°48'17 08°40'28 3788m 22,37m

Tableau 1 : Caractéristiques de la carotte MD95-2001

• Méthode : Les foraminifères planctoniques– Les foraminifères sont des microbiotes unicellulaires

appartenant au groupe des Protozoaires ; ce dernier peut-être replacé dans la systématique comme étant de la classe des Rhizopodes. Leur caractère fondamental est de posséder un test minéralisé, en équilibre avec le milieu environnant. La plupart du temps, ils vivent dans la zone photique mais peuvent descendre dans les eaux profondes jusqu'à plusieurs milliers de mètres. On les trouve dans divers régimes océaniques (masses d'eaux tropicales à polaires) ; ils ne constituent en fait qu'un faible pourcentage du zooplancton vivant mais le dépôt constant de coquilles vides sur le fond des océans dans les régions à forte productivité contribue substantiellement à la formation de boues carbonatées.

• Comptage– L'observation de la microfaune planctonique a été effectuée à

la loupe binoculaire sur la fraction grossière supérieure à 150 mm. Un minimum de 300 individus ont été comptés pour chaque niveau. Chacune des espèces a été identifiée ; leur disposition en associations permet d’obtenir des indications sur les paléoclimats (Pujol, 1980) :

Associations paléoclimatiques• Association arctique :

– Neogloboquadrina pachyderma sénestre

• Association subarctique :– Neogloboquadrina pachyderma

dextre– Globigerina bulloides– Globigerina quinqueloba

• Association transitionnelle ou subtropicale d'hiver :

– Globorotalia scitula– Globigerinata glutinata– Globorotalia inflata– Orbulina universa– Hastigerina siphonifera– Globorotalia

truncatulinoides– Globorotalia hirsuta

• Association subtropicale d'été :– Globigerinoides ruber

alba– Globigerinoides ruber

rosea– Globorotalia

crassaformis– Globigerinoides

conglobatus• Association tropicale :

– Globigerinella digitata

• Analyses isotopiques – Les échantillons prélevés tous les 4 à 10 cm de carotte ont fait l'objet de mesures isotopiques

de d18O. L'espèce G. bulloides a servi de support à ces mesures dans la plupart des échantillons. En l'absence de ce taxon, i.e. durant les épisodes à association faunique arctique, N. pachyderma sénestre (enroulé vers la gauche) est utilisé. Quelques niveaux ont de plus fait l'objet d'une analyse complémentaire avec les espèces N. pachyderma forme dextre (enroulé à droite) , G.  inflata et G. ruber.

– N. pachyderma sénestre a été trié dans la fraction de résidu supérieure à 200 mm et inférieure à 250 mm. Les autres espèces, et en particulier G. bulloides, proviennent de la fraction comprise entre 250 et 315 mm. Généralement 0,100 mg de tests de foraminifères planctoniques sont analysés (soit environ 20 N. pachyderma, 10 G.bulloides ou 7 à 8 G. inflata).

– Les mesures des échantillons ont été effectuées sur un spectromètre de masse Finnigan MAT 251. Les données sont référencées par rapport au standard PDB et calibrées au NBS 19. La précision analytique du d18O obtenue est de 0.05‰.

• Estimation des paléotempératures et paléosalinités– La disposition des foraminifères en assemblages permet, d’une part, des reconstitutions de

paléotempératures par fonction de transfert (Méthodes des Analogues Modernes (MAT) (Prell, 1985)). Elle consiste en une analogie directe entre les associations actuelles (données 558 points), mesurée par un coefficient de dissimilarité. Le calcul des paléotempératures est définie par la moyenne pondérée des températures des cinq analogues les plus proches. Les niveaux pour lesquels ce coefficient est faible possède un fort intervalle de confiance en ce qui concerne la température estimée. En revanche, pour un coefficient de dissimilarité >0.15, le nombre d'analogues sera inférieur à cinq ; dans ces niveaux, on pourra douter de la reconstruction climatique (ceux dont le coefficient était trop élevé ont été supprimés). Sur chaque point de température estimée, la barre d'erreur est inférieure à 3.6°C en hiver et 5.4 en été.

– D'autre part, Duplessy et al. (1991) ont développé une méthode relativement complexe qui vise à reconstituer les paléosalinités.

A B C D E F G HProfondeur

/ Echantillon

SST d'été

T° isotopique = T*

18O PDB des Forams

18O SMOW des Forams

180 de l'eau de mer180 de la

glace

nomalie de salinité

(en cm) (en °C) (en °C) ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

calculé par

fonction de

transfert

: SST d'été - correction

suivant le 18O du Foram et la

SST d"été obtenue

calculé par spectrométrie de

masse

: 18O PBD Forams + 0,27

calcul prenant en compte la T* et la valeur isotopique

SMOW Forams

estimation du volume des

glaces continentales

Delta 18O de l'eau de mer - delta

18O de la glace

Pour PchS 3<SST<10°C T*=SST-2,5

Pour Bul 7<SST<22°C

T*=SST-1

: B-2,5 ou B-1 : D + 0,27: E -(4,38-(4,382-

4(0,1(16,9-C)))0,5/2*0,1) : G-F

Tableau 2 : Notice de calcul des anomalies de salinité (d'après Duplessy et al., 1991)

Résultats50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

0,51,32,12,93,7

Bul

PchS

18O

• Figure 2 : Variation des valeurs isotopiques du rapport 18O/16O au cours du temps d’après deux foraminifères planctoniques : G. bulloides (courbe noire) et N. pachyderma sénestre (courbe bleue).

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 ‰

°C °Cka

5a

5c

5e

(a) (b) (c)

0 4 8 12 16 20

Figure 3 : Estimation des paléotempératures (a : hiver ; b : été) et paléosalinités (c). Les courbes pleines correspondent à la moyennes des températures calculées, celles en pointillés aux maximum et minimum. Les zones grisées correspondent aux sous-stades isotopiques.

Figure 4 : Pourcentages cumulés des espèces de foraminifères planctoniques, carotte MD95-2001.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

53 64 70 72 78 89 105 110 113 116 120 122 123 124 125 128 135 139 161

Age (ka)

Pour

cent

ages

cum

ulés

(%)

Association tropicale

Association tempéréeAssociation arctique

Figure 5 : Pourcentages cumulés des associations de foraminifères planctoniques

ConclusionsPERIODES

(ka)NOTATION DE PHASE

DESCRIPTION DE L'EVENEMENT

ASSOCIATION MICROFAUNIQUE

134-137 6Conditions glaciaires

polaireDominance de N. pachyderma sénestre

137-153 6Forte tendance au glaciaire

polaire, subpolaire à transitionnelleIntermède froid à 140ka :

opportunisme

153-165 6

Période glaciaire

polaireEaux de type polaire

Avancée maximum du front polaire

Tableau 3 : Descriptif des événements du stade isotopique 6

PERIODES (ka)

NOTATION DE PHASE

DESCRIPTION DE L'EVENEMENT

ASSOCIATION MICROFAUNIQUE

118-123 5e Conditions subtropicales transitionnelle à subtropicale

123-124,5 5e Intervalle "froid" transitionnelle

124,5-125 5e Optimum climatique transitionnelle à

subtropicale

125-134 Terminaison IIPassage

glaciaire/interglaciaire polaire

Contexte glaciaire

Tableau 4 : Descriptif des évènements du sous-stade isotopique 5e

PERIODES (ka) NOTATION DE PHASE

DESCRIPTION DE L'EVENEMENT

ASSOCIATION MICROFAUNIQUE

94-98 5c Opportunisme, compétition inter-spécifique

subpolaire à transitionnelle

98-106 5c Développement exceptionnel de N. pachyderma dextre

subpolaire à transitionnelle106-

1085da subpolaire à transitionnelle

Renouvellement associations fauniques

108-116 5d

Epoque transitionnelle, communauté planctonique

instablepolaire, subpolaire à

transitionnelleInfluence polaire limitée

116-118 Transition 5e/5d

Avancée des eaux polaires

subpolaire à transitionnelle

Refroidissement à 116ka

Adaptation à de nouvelles conditions climatiques

Tableau 5 : Descriptif des évènements des sous-stades isotopiques 5c et 5d

PERIODES (ka) NOTATION DE PHASE

DESCRIPTION DE L'EVENEMENT

ASSOCIATION MICROFAUNIQUE

71-76 Transition 4/5a Conditions pseudo-glaciaires polaire à subpolaire

76-81 "Sous-stade 5a"

Avancée et retrait rapides des eaux polaires

polaire à subpolaire

Evènement froid à 77ka

81-87 5b

Entre 5a et 5b subpolaire à transitionnelle (subtropicale)Conditions tempérées

87-94 5b Eaux polaires polaire

Tableau 6 : Descriptif des évènements des sous-stades isotopiques 5a et 5b et de la transition 4/5

Références bibliographiques

• Broecker, W.S., Bond, G. & Klas, M., 1990. A salt oscillator in the glacial Atlantic ? 1. The concept. Paleoceanography, 5, 4, 469-477 pp.

• Duplessy, J.C., Labeyrie, L., Juillet-Leclerc, A., Maitre, F., Duprat, J. & Sarnthein, M., 1991. Surface salinity reconstruction of North Atlantic Ocean during the last glacial maximum. Oceanologica Acta, 14, 4, 311-324 pp.

• Ifremer, 2000. ENAM II (European North Atlantic Margin ) (1996-1999), IFREMER, Brest, 115 pp.

• Prell, W.L., 1985. The stability of low latitude sea-surface temperatures : an evaluation of the CLIMAP reconstruction with emphasis on the positive SST anomalies. Rapport de TR 025.

• Pujol, C., 1980. Les Foraminifères planctoniques de l'Atlantique Nord au Quaternaire : écologie, stratigraphie, environnement. Thèse d'Etat, Université Bordeaux 1, Talence, 254 pp.

• Zaragosi, S., Eynaud, F., Pujol, C., Auffret, G.A., Turon, J.L. & Garlan, T., 2001. Initiation of the European deglaciation as recorded in the Northwestern Bay of Biscay slope environments (Meriadzek Terrace and Trevelyan Escarpment) : a multi-proxy approach. Earth and Planetary Science Letters, 188, 3-4, 493-507 pp.