Julie Ghirardi

Le refroidissement Eocène-Oligocène sur le domaine continental : impacts et mécanismes

Julie Ghirardi1,2, Hugues Bauer2, Jérémy Jacob1, Roland Benoit3, Florence Quesnel1,2, Claude Le Milbeau1, Arnaud Huguet4, Christian Di Giovanni1.

1 Institut des Sciences de la Terre d’Orléans, UMR 7327, CNRS-Université d’Orléans, 1A Rue de la Férollerie, 45071 Orléans Cedex 2, France

2 BRGM (French Geological Survey), Georessources Division, 45060 Orléans Cedex 2, France.

3 CRMD, 1B rue de la Férrolerie, 45071 Orléans, France.

4 CNRS/UPMC/EPHE UMR 7619 METIS, 75005 Paris, France

L’étude de l’impact des changements climatiques passés sur le domaine continental permet de comprendre les mécanismes, les vitesses et le calendrier des changements d’écosystèmes aux perturbations. La transition Eocène-Oligocène (EOT) se prête bien à ce type d’étude car elle enregistre la dernière transition climatique brutale et le développement de la première calotte permanente.

Sur un enregistrement lacustre riche en matière organique (MO) et exempt de hiatus (forage CDB1), nous avons reconstitué les évolutions indépendantes de la végétation et du climat local. Les évolutions de la végétation ont été déduites des évolutions des biomarqueurs moléculaires spécifiques de fougères (fernènes), d’angiospermes (triterpènes pentacycliques) et gymnospermes (diterpènes tricycliques) sur 112 échantillons. Les résultats ne montrent pas de changement notable de la végétation à l’EOT, mais l’existence d’un intervalle sur lequel sont enregistrés des changements rythmiques de la végétation, dont la fréquence est proche de celle du paramètre de la grande excentricité. Les évolutions des températures ont été reconstituées sur 48 échantillons par l’utilisation d’équations de calibration utilisant les rapports de molécules produites par des bactéries : les alkyl tetraéthers de glycérol (GDGTs). Elles montrent deux principaux refroidissements, dont un coïncidant avec la limite Eocène-Oligocène. Enfin, les évolutions des conditions hydrologiques ont été reconstituées par la mesure du rapport isotopique D/H de composés spécifiques (les n-alcanes) sur 78 échantillons. Elles montrent plusieurs changements dont une brutale aridification à la base de l’Oligocène, qui succède aux conditions humides enregistrées à la fin de l’Eocène. L’étude combinée des paramètres climatiques et d’évolution de la végétation nous a permis de mettre en évidence : 1) un intervalle remarquable, à la fois par la mise en place d’une dynamique particulière de la végétation, et dont les bornes inférieures et supérieures correspondent à des changements climatiques ; 2) la réponse non linéaire de la végétation au climat local, et d’invoquer ensuite la mise en place de mécanismes complexes tels que la saisonnalité. En parallèle de cette étude de la MO, les paramètres orbitaux enregistrés dans la sédimentation ont été filtrés du signal diagraphique du Gamma Ray et montrent des changements d’amplitude importants. Ces changements d’amplitude coïncident avec les bornes définies par l’étude de l’évolution du climat et de la végétation. En effet, il est noté une baisse importante de l’amplitude d’enregistrement de l’excentricité durant l’intervalle de transition. Or les amplitudes d’enregistrement des paramètres orbitaux sur un site sont constantes 1) à latitude constante et 2) sans changement de mode climatique (greenhouse ou icehouse). Une des hypothèses proposées pour comprendre ce changement d’amplitude serait la mise en place de transfert d’énergie latitudinal à l’Eocène supérieur résultant d’un courant océanique tel qu’un proto-gulf stream (Wade et al., 2003) ou des pulses de la North Circulation Water (Wright and Miller, 1996).

La mise en place de ces courants est liée à des couplages océans-atmosphère entraînant des oscillations climatiques haute fréquence décennaux à saisonnier de type NAO. La recherche de leur enregistrement est en cours dans les portions laminées du sédiment de Rennes. En effet, les lamines ont fait l’objet d’étude à très haute fréquence : elles ont été caractérisées organiquement et minéralogiquement par analyse ToF-SIMS et XRF-Core Scanner. Les analyses ToF-SIMS ont permis de montrer que les plus petites lamines ont des épaisseurs de dépôt de 30 à 50 µm. En parallèle, la fréquence de dépôt a été approchée par l’analyse spectrale des résultats issus des analyse XRF-Core Scanner et montrent que 1) les plus petites lamines se sont déposées en 3 ans et que 2) des cycles de fréquence solaire (11 et 22 ans) sont enregistrés.

L’étude combinée (i) à basse fréquence des évolutions de la végétation, du climat local, des amplitudes d’enregistrement des paramètres orbitaux et (ii) à très haute fréquence du sédiment laminé, de part et d’autre de l’intervalle de transition, devrait permettre d’apporter de nouveaux arguments à la mise en place de mécanismes régissant le climat actuel (Gulf Stream, NAO) et de discuter la vitesse de la transition climatique ainsi que du calendrier des changements enregistrés en domaine continental.

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