Caractérisation géochimique des changements paléoenvironnementaux au cours de l'Évènement Océanique Anoxique 2 (~94 Ma) dans le Bassin Vocontien (SE France) - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Geochemical characterization of the paleoenvironmental changes during the Oceanic Anoxic Event 2 (~94 Ma) in the Vocontian Basin (SE France)

Caractérisation géochimique des changements paléoenvironnementaux au cours de l'Évènement Océanique Anoxique 2 (~94 Ma) dans le Bassin Vocontien (SE France)

Résumé

The Cenomanian-Turonian transition (~94 Ma) is marked by a period of biogeochemical perturbations named Oceanic Anoxic Event 2 (OAE 2). This event is characterized by sedimentary records presenting an elevated organic matter content, causing a large positive δ13C excursion observed on the global-scale. Geochemical and biological clues indicate that these sedimentary records are associated with a decrease in the O2 concentration of the water-column. Like all the OAEs of the Cretaceous, OAE 2 was initiated in a context of increasing CO2 concentrations in the oceans and in the atmosphere, interpreted as volcanic outgassing. The heterogeneity in the responses toward this global-scale perturbation suggests that regional or local environmental mechanisms contributed to the scenario of initiation and evolution of OAE 2. The objective of this thesis is to determine the role of these mechanisms at different spatial scales and their interactions. The approach consists in a comparison of the biogeochemical conditions associated with OAE2 in a relatively small-scale basin, as the Vocontian Basin (SE France), with others basins in the world. For this purpose, a multiproxy geochemical study was conducted on two sections of the Vocontien Basin (Pont d’Issole and Lambruisse sections). The parallel evolution between the organic geochemical data (TOC, HI vs. OI), the enrichments in redox sensitive elements (Mo, U, V, Zn, Mn) and the iron speciation data reflect an oscillation between suboxic and anoxic conditions in the deepest parts of the Vocontian Basin. Low enrichments in elements indicative of primary productivity (P, Ni, Cu, Ba), suggest however that this should have been relatively modest for this basin. Oxygen-depleted conditions were disrupted by a phase of intense reoxygenation, named Plenus Cold Event (PCE), likely corresponding to a drop in the pCO2 due to carbon sequestration in organic matter within the sediments and by an increased consumption of CO2 by continental weathering. Relative enrichment values in Mo and U indicate a lowered rate of deep-waters renewal, confirming the semi-restricted configuration of the Vocontian Basin at that time and suggest a stratification of the water-column. The evolution of the nitrogen isotope signal in the sediments reflects periods of intensified atmospheric N2 fixation by diazotrophic bacteria, synchron with deoxygenation in the water column. Those periods are, thus, characterized by a strong depletion of bioavailable nitrogen in the surface waters, suggesting that the water-column was intermittently stratified as well. The evolution of the sulfur isotope signal of pyrite, marked by a large negative excursion, suppose a development of sulfidic conditions from the sediments toward the sediments - water column interface or eventually within the water column. The microbial sulfate-reduction occurring in an “open” system with the marine sulfate reservoir, we propose that this was fuelled by an input of sulfates derived from volcanism. Those sulfidic conditions could have induced a phosphorus recycling in the water column, favouring the maintenance of the primary productivity and the development of diazotrophic bacteria in the surface waters. The configuration of the Vocontian Basin were likely a preconditioning parameter for the development of oxygen-depleted conditions by favouring the stratification of the water column. Besides, the volcanic emission of CO2 and sulfur in the oceans, inducing a cascade of positive retroactions affecting the biogeochemical cycles, is interpreted as the triggering factor for the development of oxygen-depletion in the Vocontian Basin as worldwide. The basins recording the more severe oxygen-depleted conditions in the water-column, as the Central Atlantic or the deep basins of Western Tethys, are characterized by a low rate of deep-water renewal, but also with strong primary productivity conditions, associated with intense nutrient inputs. Those two factors seems to be the principal reasons explaining the heterogeneities in the global recording of OAE 2.
Le passage Cénomanien-Turonien (~94 Ma) est marqué par une période de perturbations biogéochimiques appelé Évènement Océanique Anoxique 2 (OAE 2). Cet évènement est caractérisé par la présence d’enregistrements sédimentaires présentant un contenu en matière organique élevé, à l’origine d’une large excursion positive du signal de δ13C à l’échelle globale. Des indices géochimiques et biologiques indiquent que ces enregistrements sédimentaires sont associés à une diminution de la quantité d’O2 dans les sédiments et la colonne d’eau. Comme l’ensemble des OAEs du Crétacé, l’OAE 2 s’est mis en place dans un contexte d’augmentation de la concentration en CO2 dans les océans et l’atmosphère, interprétée comme d’origine volcanique. L’hétérogénéité des réponses à cette perturbation globale suggère que des mécanismes environnementaux régionaux ou locaux ont contribué au scénario de mise en place et d’évolution de l’OAE 2. L’objectif cette thèse est ainsi de déterminer le rôle de ces mécanismes à différentes échelles spatiales ainsi que leurs interactions. La démarche consiste alors en une comparaison des conditions biogéochimiques associées à l’OAE 2 dans un bassin de relativement faible dimension, comme le Bassin Vocontien (SE France), avec d’autres bassins mondiaux. Dans cette optique, une étude géochimique multiproxies de deux coupes du Bassin Vocontien (Pont d’Issole et Lambruisse) a été menée. L’évolution conjointe des données de géochimie organique (TOC, HI vs. OI) avec celles d’enrichissement en éléments sensibles aux conditions d’oxygénation (Mo, U, V, Zn, Mn) et de spéciation du fer atteste d’une oscillation entre des conditions suboxiques et anoxiques au sein des domaines profonds du Bassin Vocontien, au cours de l’OAE 2. Les enrichissements faibles en éléments indicateurs de productivité primaire (P, Ni, Cu, Ba), suggèrent cependant que celle-ci fut relativement modeste pour ce bassin. Ces conditions appauvries en oxygène furent interrompues par une phase d’intense réoxygénation, appelée Plenus Cold Event (PCE), semblant correspondre à une chute de la pCO2 induite par le piégeage massif du CO2 au sein de la matière organique dans les sédiments et par une consommation accrue CO2 par altération continentale. Les valeurs d’enrichissements relatifs en Mo et en U indiquent, par ailleurs, un faible renouvellement des eaux profondes, confirmant le caractère semi-confiné du Bassin Vocontien à cette période et suggère une mise en place d’une stratification de la colonne d’eau. L’évolution du signal isotopique de l’azote dans les sédiments atteste de périodes d’intensification de la fixation de N2 atmosphérique par des bactéries diazotrophes, de manière synchrone avec l’appauvrissement de la colonne d’eau en O2. Ces périodes sont ainsi caractérisées par une forte diminution de la teneur azote biodisponible dans les eaux de surfaces suggérant également une stratification intermittente de la colonne d’eau. L’évolution du signal isotopique du soufre, lié à la pyrite, marquée par une large excursion négative, suppose un développement de conditions sulfidiques depuis les sédiments vers la limite avec la colonne d’eau, voire au sein de la colonne d’eau. La sulfato-réduction microbienne s’effectuant dans un système « ouvert » par rapport au réservoir de sulfates marin, il est proposé que celle-ci fût alimentée par un apport de soufre issu d’émissions d’origine volcanique. Ces conditions sulfidiques ont pu induire un recyclage du phosphore dans la colonne d’eau, favorisant le maintien de la productivité primaire et le développement de bactéries diazotrophes. Ainsi, la configuration du Bassin Vocontien semble avoir été un paramètre préconditionnant le développement de conditions appauvries en oxygène en favorisant la mise en place d’une stratification de la colonne d’eau. L’émission de CO2 et de soufre d’origine volcanique dans les océans, induisant une cascade de rétroactions positives affectant les cycles biogéochimiques, semble être l’élément déclencheur de la désoxygénation à l’échelle du Bassin Vocontien comme à l’échelle globale. Les bassins ayant enregistré les conditions de désoxygénation de la colonne d’eau les plus sévères, comme l’Atlantique Central ou les bassins profonds de l’Ouest-Téthys, sont caractérisés par un faible renouvellement des eaux profondes, mais également par des conditions de forte productivité primaire, associées à des apports de nutriments importants. Ces deux facteurs semblent ainsi être la raison principales des hétérogénéités dans l’enregistrement global de l’OAE 2.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-02973717 , version 1

Citer

Julien Danzelle. Caractérisation géochimique des changements paléoenvironnementaux au cours de l'Évènement Océanique Anoxique 2 (~94 Ma) dans le Bassin Vocontien (SE France). Sciences du Vivant [q-bio]. Sorbonne Universite, 2019. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02973717v1⟩
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