Projet ANR-12-BS06-0011 – Anox-Sea : Rôle de la configuration des continents dans le développement d'anoxies globales dans l’océan profond.
Programme : Blanc - SIMI 6 - Système Terre, environnement, risques (Blanc SIMI 6)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Emmanuelle PUCEAT (Biogéosciences UMR 5561 CNRS)
Partenaires : Biogeosciences de Dijon; Géosciences Environnement Toulouse; Institut des Sciences de la Terre; Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
Montant : 378000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Rôle de la configuration des continents dans le développement  d’une anoxie globale dans l’océan.La compréhension des mécanismes et des seuils de déclenchement des événements anoxiques océaniques au cours de réchauffements rapides représente un enjeu sociétal majeur dans le contexte actuel d’augmentation des taux de CO2 atmosphérique. Ces événements disparaissent au cours du Crétacé supérieur, qui signe une transition vers une configuration continentale plus proche de l’actuel, soulignant un rôle possible de la paléogéographie à travers la circulation océanique et l’altération continentale.
Comprendre l’impact de la paléogéographie sur la réponse du système climat-océan à des réchauffements rapides et sur les seuils de CO2 requis pour déclencher un événement anoxique.Le projet s’appuie sur trois objectifs majeurs : 1) identifier les changements de circulation océanique au cours du Crétacé supérieur et leurs liens avec l’état d’oxygénation des océans et la paléogéographie ; 2) contraindre l’évolution de l’altération continentale au cours du Crétacé supérieur ; 3) identifier la sensibilité du système océan-climat à développer un événement anoxique océanique dans différentes configurations continentales en utilisant des modèles climatiques.
Etude multiproxies combinant des données paléocéanographique, d’état d’oxygénation des océans, d’altération chimique, et des simulations numérique basées sur des modèles géochimiques et climatiques.La composition isotopique du néodyme (eNd) de restes de poissons et d’oxydes de fer et de manganèse, enregistrant l’eNd de l’eau de mer, est utilisée pour reconstruire les modes de circulation océanique au Crétacé supérieur. Pour explorer l’état d’oxygénation de la colonne d’eau, deux approches basées sur les éléments traces sont adoptées : les concentrations en carbone organique total (TOC) et Mo (TOC vs. Mo/Al crossplots) pour aborder l’intensité du développement de l’anoxie dans la colonne d’eau et la taille des réservoirs de Mo dissout; et les facteurs d’enrichissement authigènes observés pour U et Mo. La spéciation du fer, fer hautement réactif/fer total , fer pyrite/fer total et le degré de pyritisation utilisés en crossplots et comparés à des exemples actuels est utilisée en combinaison avec les variations du ?34S des sulfides pour explorer le type d’anoxie et son étendue dans la colonne d’eau. L’intensité de l’altération continentale est étudiée par les systèmes isotopiques combinés Lu-Hf et Sm-Nd. Alors que les isotopes du Nd reflètent la source des sédiments érodés, l’écart de l’eHf des sédiments par rapport à la droite mantellique pour un eNd donné dépend de la proportion relative des phases riches en zircon (sables) et des argiles, qui est reliée à l’intensité de l’altération continentale. Les assemblages de minéraux argileux sont aussi utilisés pour explorer les changements de conditions hydrolysantes, et donc l’érosion chimique. La dynamique océanique durant le Crétacé supérieur est explorée par le modèle de circulation générale FOAM. Les conditions nécessaires au développement de l’anoxie dans les océans sont déterminées par le modèle GEOCLIM reloaded, un modèle couplé simulant le climat (température, runoff et mélange océanique simulé par FOAM), le taux d’érosion des surfaces continentales, le taux atmosphérique de CO2 et d’O2, la chimie de la colonne d’eau et l’enfouissement de carbone organique et inorganique dans les sédiments.
Résumé de la soumission : L’augmentation récente du taux de CO2 atmosphérique pousse le climat vers des conditions qui n’ont plus existé depuis des millions d’années. L’impact du réchauffement actuel sur l’océan rappelle le modèle proposé pour le développement d’événements anoxiques d’étendue globale (OAE). Ces événements brefs et extrêmes se sont produits dans un contexte de climat à fort effet de serre. Ils sont associés à des crises majeures des organismes calcifiants, à des périodes d’acidification des eaux, et se caractérisent par un enfouissement accru de carbone organique dans les sédiments provoquant des perturbations majeures du cycle du carbone, central dans l’évolution du climat. Ces événements sont généralement associés à un réchauffement abrupt par (1) une accélération du cycle hydrologique et de l’altération continentale, augmentant les apports de nutriments et la productivité primaire, et (2) un ralentissement de la circulation océanique, favorisant l’anoxie dans les eaux profondes et la préservation de la matière organique.Pourtant des réchauffements se sont produits après le milieu du Crétacé, à la fin du Maastrichtien (~65 Ma) ou à la limite Paleocène-Eocène (~55 Ma), qui n’ont pas abouti à un OAE. Dans ce projet nous proposons d’étudier le rôle de la configuration continentale, à travers son impact sur la circulation océanique et l’altération continentale, sur les seuils de déclenchement de ces OAEs. Nous nous focalisons sur une période-clef, le Crétacé supérieur, qui comprend la dernière occurrence d’une anoxie d’étendue mondiale dans les eaux profondes et la transition vers une configuration continentale plus proche de l’actuelle.La structure de la circulation océanique et son évolution durant le Crétacé reste débattue, du fait de la couverture spatiale et temporelle insuffisante de données isotopiques du néodyme (eNd), un traceur de la circulation océanique. Nous projetons de reconstruire l’évolution de l’eNd durant le Crétacé supérieur à la fois des masses d’eaux profondes dans les secteurs Atlantiques et Indiens de l’Océan Austral, fournissant un lien entre les sites déjà publiés, et des eaux superficielles dans les sites potentiels de formation d’eaux profondes. Les changements océanographiques identifiés seront confrontés à l’évolution de traceurs de conditions d’oxygénation de l’eau (obtenue à travers une compilation et de nouvelles données): spéciation du fer et corrélation entre les facteurs d’enrichissement des concentrations de Mo et de U. Des simulations à l’aide du modèle de circulation générale FOAM couplé au modèle géochimique GEOCLIM-reloaded seront réalisées avec différentes profondeurs et largeurs de passages marins et différents taux de CO2 pour discuter l’origine des changements de circulation océanique et de l’oxygénation des différents bassins.Nous établirons alors la distribution latitudinale des conditions d’humidité/aridité à partir des assemblages de minéraux argileux (en utilisant des données publiées et acquises ici) pour le milieu et la fin du Crétacé. Les changements dans les taux d’altération chimique seront aussi explorés à l’aide d’un nouveau traceur, le couplage des systèmes isotopiques Hf, Pb, et Nd, permettant de tracer à la fois l’évolution de l’altération continentale et la provenance des sources.De légers changements de paléogéographie et de taux de CO2 seront utilisés pour obtenir des simulations de FOAM couplé à GEOCLIM-reloaded en accord avec les données (de circulation océanique, d’altération continentale, et d’oxygénation) pour le milieu (hors OAE) et la fin du Crétacé. Une fois la situation correctement reproduite pour les deux périodes, un réchauffement de différente ampleur (avec différents taux de CO2 dans les modèles) sera simulé. La réponse de l’océan en terme de taux de renouvellement océanique et d’oxygénation sera alors déterminée pour explorer la sensibilité du système océan-climat à développer de l’anoxie dans différents contextes paléogéographiques et paléoclimatiques.
Résultats : Le projet a débuté par une  réunion de démarrage en novembre 2012 qui a permis (1) de discuter des incertitudes existant sur la paléogéographie du Crétacé supérieur et de définir plusieurs configurations à tester dans le cadre de simulations numériques avec le modèle de circulation générale FOAM, qui sera utilisé seul dans un premier temps, et (2) de définir les sites d’échantillonnage prioritaires pour l’acquisition des différentes données minéralogiques et géochimiques ainsi que des sites supplémentaires. Dans les 6 mois qui ont suivi, une demande a été faite auprès du service conservation d’ODP/DSDP et les échantillons des sites retenus ont été obtenus. Les échantillons déjà disponibles du site néritique du Japon ainsi que ceux du Western Interior Seaway ont été traités pour en extraire des restes de poissons et en grande partie analysés pour leur composition isotopique en néodyme. Des échantillons de roche totale ont également été analysés pour le site du Japon. Les résultats obtenus, très radiogéniques pour le Japon, sont en cours d’interprétation. Une étude géochimique multiproxies à haute résolution de l'OAE-2 est également en cours sur une section d’un forage DSDP de l’Atlantique Nord. Les échantillons obtenus sont actuellement en cours d’analyse pour la composition isotopique du carbone organique (d13Corg), de l’azote (d15N), des concentrations en éléments traces métalliques et de la spéciation du fer.
Perspectives : A suivre.
Publications et brevets : A suivre.