Conditions paléoenvironnementales au cours de l’événement anoxique océanique du Toarcien et du Toarcien supérieur : enregistrements de la Suisse, du Chili et de l’Argentine

Thèse soutenue par Alicia FANTASIA, le 20 avril 2018, Institut des sciences de la Terre (ISTE)

L’histoire de la Terre a été ponctuée par des périodes de réchauffement climatique, de changements environnementaux et d’extinctions de masse qui coïncident avec des phases majeures de volcanisme associées au largage de gaz volcaniques à effet de serre tels que le CO2 et le SO2. Les reconstructions paléoenvironnementales et paléoclimatiques de ces épisodes marquants de l’histoire de la Terre permettent de mieux comprendre et appréhender les conséquences du réchauffement climatique actuel.

L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer les conditions paléoenvironnementales au cours du Toarcien. Deux sujets ont été traité :

  1. l’événement anoxique océanique du Toarcien inférieur (ou T-OAE)
  2. les sédiments lacustres de la Formation Cañadón Asfalto en Argentine, qui se sont déposés dans un contexte volcanique au Toarcien supérieur.

Une approche multidisciplinaire a été choisie et différentes méthodes d’analyse ont été utilisées, telles que isotopes stables, phosphore, minéralogie, géochimie des éléments majeurs et traces, mercure, qualité et quantité de la matière organique.

Le Toarcien inférieur (Jurassique, ~ 180 Ma) était marqué par un épisode d’envergure mondiale d’anoxie des océans et de dépôt de sédiments riches en matière organique (T-OAE), ainsi que par une perturbation globale du cycle du carbone qui était probablement liée au volcanisme du Karoo-Ferrar dans le sud du Gondwana. En effet, les sédiments déposés durant le T-OAE enregistrent une anomalie négative dans le rapport isotopique du carbone, qui est vraisemblablement liée à la mise en place de la large province ignée du Karoo-Ferrar et l’injection dans l’atmosphère de carbone isotopiquement léger.

La plupart des études sur le T-OAE sont concentrées en Europe mais très peu ont été menées dans l’hémisphère sud, ce qui limite notre compréhension globale de cet événement et pose des questions quant à l’étendue réelle des conditions anoxiques. Un des buts de cette thèse est de montrer l’expression sédimentaire et géochimique du T-OAE et d’évaluer son impact dans les hémisphères nord et sud.

Cinq sections ont donc été étudiées en Suisse et plus particulièrement dans le Jura, les Préalpes Médianes Plastiques et les Alpes du Sud, pour caractériser l’expression du T-OAE dans une mer peu profonde épicontinentale (Jura) et plus proche de l’océan ouvert (Bassin du Sub-Briançonnais et Bassin Lombard). De plus, deux coupes ont été sélectionnées au Chili pour évaluer les changements environnementaux et climatiques qui se sont produits dans l’hémisphère sud durant le T-OAE.

Les résultats montrent que l’expression du T-OAE est contrastée et que donc les conditions régionales/locales ont probablement modulé l’impact de cet événement global. Le volcanisme du Karoo-Ferrar est probablement responsable du climat plus chaud et plus humide, ainsi que de l’augmentation du cycle hydrologique en Europe durant le Toarcien inférieur.

Ces conditions ont favorisé l’altération chimique des continents, ce qui a augmenté l’apport de nutriments dans les mers et favorisé ainsi la productivité primaire. Cette productivité primaire a favorisé le développement de zones appauvries en oxygène, en particulier dans les bassins restreints fortement stratifiés, ainsi que l’enfouissement de matière organique. Au contraire, dans l’hémisphère sud, les résultats de cette étude montrent que l’intervalle du T-OAE était marqué par un climat aride et que les conditions de dépôt n’étaient pas du tout favorable au développement de conditions anoxiques ainsi qu’à la préservation de la matière organique.

Pour mieux comprendre les conditions paléoenvironnementales sur les continents au Jurassique, trois sections ont été étudiées dans la formation Cañadon Asfalto en Argentine. Cette formation est représentée par des sédiments riches en matière organique déposés dans milieu lacustre influencé par du volcanisme syn-rift au Toarcien supérieur. Etablir un âge précis de ces sédiments était primordiale puisqu’ils renferment une faune et une flore remarquablement bien préservées, essentielles à la reconstruction de la vie au Jurassique. De plus, ces sections représentent une occasion unique d’évaluer la réponse d’environnements terrestres à une phase de volcanisme.

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