UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL ET DU COUVERT DE GLACE DE MER DANS LE DÉTROIT DE FRAM AU COURS DES DEUX DERNIERS MILLÉNAIRES

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1 UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL varlabilité DE LA TEMPÉRATURE DE SURFACE ET DU COUVERT DE GLACE DE MER DANS LE DÉTROIT DE FRAM AU COURS DES DEUX DERNIERS MILLÉNAIRES MÉMOIRE PRÉSENTÉ COMME EXIGENCE PARTIELLE DE LA MAÎTRISE EN SCIENCES DE LA TERRE PAR SOPHIE BONNET MARS 2009

2 UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL VARIABILITY OF SEA-SURFACE TEMPERATURE. AND SEA-ICE COVER IN THE FRAM STRAIT OVER THE LAST TWO MILLENNLA THESIS PRESENTED AS PARTIAL REQUIREMENT FOR A M.Sc. IN EARTH SCIENCES BY SOPHIE BONNET MARCH2009

3 UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL Service des bibliothèques Avertissement L diffusion de ce mémoire se fit dns le respect des droits de son uteur, qui signé le formulire Autoristion de reproduire et de diffuser un trvil de recherche de cycles supérieurs (SDU Rév ). Cette utoristion stipule que «conformément à l'rticle 11 du Règlement no 8 des études de cycles supérieurs, [l'uteur] concède à l'université du Québec à Montrél une licence non exclusive d'utilistion et de publiction de l totlité ou d'une prtie importnte de [son] trvil de recherche pour des fins pédgogiques et non commerciles. Plus précisément, [l'uteur] utorise l'université du Québec à Montrél à reproduire, diffuser, prêter, distribuer ou vendre des copies de [son] trvil de recherche à des fins non commerciles sur quelque support que ce soit, y compris l'internet. Cette licence et cette utoristion n'entrînent ps une renoncition de [l] prt [de l'uteur] à [ses] droits morux ni à [ses] droits de propriété intellectuelle. Suf entente contrire, [l'uteur] conserve l liberté de diffuser et de commerciliser ou non ce trvil dont [il] possède un exemplire.»

4 AVANT-PROPOS Ce mémoire de mîtrise est rédigé sous forme d'un rticle scientifique qui ser soumis à l revue Mrine Micropleontology. Pr conséquent, l lngue nglise est utilisée et l mise en forme respecte les exigences de Mrine Micropleontology et non celle d'un mémoire de l'université du Québec à Montrél. Les tbleux et les figures sont plcés à l suite des références. Mme Anne de Vernl, chercheure et professeure u déprtement des Sciences de l Terre et de l'atmosphère de l'uqàm prticipé à l rédction de cet rticle. REMERCIEMENTS Je remercie sincèrement m directrice de recherche, Mme Anne de Vernl qui su me donner m chnce qund je suis rrivée u Cnd en m'ccueillnt dns son lbortoire. Elle m' fit découvrir un domine de recherche pssionnnt et m' donné l'envie de continuer. Aussi, elle m' permis de mieux connitre le milieu de l recherche scientifique en prticipnt, entre utres, à différents congrès interntionux et à une cmpgne océnogrphique dns le détroit de Frm en Août Ses encourgements et s disponibilité, mlgré un emploi du temps très chrgé, m'ont été très précieux. Je l remercie églement pour son soutien finncier. Un énorme merci à Mryse Henry, technicienne, et Toufik Rdi, post-doctornt, u GEOTOP, pour leur ide, conseils, soutien, enthousisme et ptience. Je remercie les étudints, les chercheurs et le personnel du GEOTOP qui m'ont idée tout u long de l mîtrise, notmment Clude Hillire-Mrcel et Bssm Ghleb pour leur ide dns l chronologie et le 210Pb et Lind Genovesi "Œil de Lynx" pour l lecture finle. Finlement, un merci tout prticulier à m mère qui m' toujours motivée et soutenue tout u long de mes études.

5 TABLE DES MATIÈRES AVANT-PROPOS REMERCIEMENTS LISTE DES FlGURES LISTE DES TABLEAUX RÉSUMÉ INTRODUCTION GÉNÉRALE.iii.iii vi.ix x 1 CHAPITRE 1 VARIABILITY OF SEA-SURFACE TEMPERATURE AND SEA-ICE COVER IN THE FRAM STRAIT OVER THE LAST TWO MILLENNIA.10 Abstrct Introduction Modern ocenic setting Mteril nd methods Results 4.1. Dinocyst ssemblges in surfce sediments from the Nordic Ses Core JM Chronology Dinocyst record Quntittive reconstructions of se-surfce conditions Discussion Conclusion Acknowledgements References 28

6 CONCLUSION GÉNÉRALE.52 v APPENDICE A TABLEAUX DECOMPfAGES ET CONCENTRATIONS DES PALYNOMORPHES TERRESTRES ET MARINS DE LACAROTIE JM--ü6-WP-04-MCB 55 APPENDICEB TABLEAUX DE COMPfAGES ET CONCENTRATIONS DES PALYNOMORPHES TERRESTRES ET MARINS DES ÉCHANTIllDNS DE SURfACE DES MERS NORDIQUES (profondeur: 0-1 CM) 63 BIBLIOGRAPHIE GÉNÉRALE 69

7 LISTE DES figures Figure 1. Loction of core JM-06-WP-04-MCB (JM04; N, 6.77 E, wter depth: 1497 m, core length: 54 cm) nd trjectories of min ocen surfce currents (cf. Hnsen nd 0sterhus, 2000). Thick rrows depict wrm currents nd thin rrows, cold currents. Respectively, the dshed line nd dotted line represent the Arctic nd Polr Front, which re ssocited to the mximum se-ice extension in winter nd summer s defined from the dt set provided by the Ntionl Snow nd Ice Dt Center (NSIDC, 2001). Isobths correspond to 200,1000 nd 3000 m. EGC: Est Greenlnd Current, EIC: Est Icelndic Current, ESC: Est Spitsbergen Current, NC-E: estern brnch of the Norwegin Current, NC-W: western brnch of the Norwegin Current, WSC: West Spitsbergen Current, NAC-S: southern brnch of the North Atlntic Current, IC: Irminger Current...36 Figure 2. Loction mp of the surfce sediment smpies used for cnonicl correspondence nlysis (cf. Figure 6). Dimonds: dt from de Vernl et l. (2005); circles: dt from new reference sites (cf. Tble 1). Isobths correspond to 200, 1000 nd 3000 m 37 Figure 3. ) Modern se-ice coyer with concentrtion greter thn 50% s function of yers AD t the site of core JM04 (blck curve). Dt from 1953 to 2001 re provided by the NSIDC (2001). On the left, the histogrm represents historicl records of se-ice coyer with concentrtion greter thn 30% s function of yers AD with 30-yer verge (AD 1596 to 2002). On the right, the grey curve illustrtes historicl records for the period AD Dt re compiled from ACSYS (2003). Note the importnt vribility of se-ice coyer nd its bsence since b) Historicl se-ice records for the period AD nd men nnu! (blck curve) nd men winter (December to Mrch; grey curve) ir temperture nomlies (OC) between 1901 nd 1995 in this re ( N; 5-11 E). Annul nd winter tempertures re, respectively, -8.35±1.57 C nd ±2.92 C..38 Figure 4. Loction mp of surfce sediment smples used to reconstruct pst sesurfce conditions from dinocyst ssemblges in core JM04. ) Reference dtbse used for MAT (n=1208 sites). b) Clibrtion dtbses for ANN: one includes il sites from the North Atlntic nd Arctic (n=735 sites). The other one includes sites from the re delimited by the dshed line (n=437 sites), s defined from the best nlogues selected using MAT (red points) 40

8 Figure 5. Percentge digrm of dinocyst tx in surfce sediment smples rnked by ltitude (cf. Figure 2 for loction). Different scles were used for dominnt nd ccompnying tx. Percentges of tx with occsionl occurrence lower thn 1% re not reported. Dinocyst concentrtions nd modern se-surfce conditions (cf. Ntionl Ocen Dt Center (NODC) nd NSIDC, 2(01) re indicted on the right of the digrm 41 Figure 6. Results of CCA nlysis. Ordintion digrm of dinocyst tx nd environmentl vribles ccording to xis 1 nd 2, nd Person cross-correltion mtrix between these two xes nd hydrogrphicl prmeters. This nlysis ws performed with the XLSTAT softwre (Addinsoft, 2008), using the 94 sites (cf. Figure 2) 42 Figure 7. Geogrphicl distribution of the scores for CCA xes 1 nd 2, which represent, respectively, 77.27% nd 12.81% of the totl vrince. Isobths correspond to 200, 1000 nd 3000 m 43 Figure 8. ) Ln Led-21O excess nd Cesium-137 ctivities s function of depth in core JM04. b) Age model of core JM04. The five dots with error brs represent clibrted Crbon-14 ges (see Tble 2). The blck line shows the interpolted ges vs. depth reltionship, which ws used to estblish the chronology in the core (Figures 9, 10 nd 12). From 11.5 cm to the bse of the core, we clculte men sedimenttion rte of 18 cm/kyrs. The close-up of depth vs. ge for the upper 12 cm of the core shows the ge model bsed on Led-21O. c) Percentge of the corse snd frction (>106 pm) s function of ge 44 Figure 9. ) Digrm of dinocyst tx percentges s function of ge in core JM04. Different scles were used for dominnt nd ccompnying tx. Two ssemblge zones seprted by the horizontl dshed line were defined on the bsis of the principl component nlysis clcultions (cf. Figure 10). b) Dinocyst concentrtions (solid line) nd fluxes (dotted tine). The thick dshed line correspond to smoothed concentrtion vlues (three-point running verge)..45 Figure 10. Principl components 1 nd 2 (PC 1 nd PC 2) s function of ge (left) nd ordintion digrm of dinocyst tx bsed on PC 1 nd PC 2 (right) for core JM04 46 Figure 11. Distribution mps of Selenopemphix qunt, Spiniferites mirbilishypercnthus nd Impgidinium sphericum in surfce sediment smples of the northern North Atlntic. Occurrences re expressed in percentges. Isobths correspond to 200, looü nd 3000 m 47 vii

9 Figure 12. Reconstruction of se-surfce conditions (tempertures, slinity, se-ice cover) from dinocyst ssemblges for the lst 2500 yers s function of ge, bsed on MAT nd ANN techniques. The overll reference dtbse (n=1208 sites) ws used for MAT (red line), the North Atlntic nd Arctic dtbse with n=735 sites ws used for ANN (blue!ine) s weil s the dtbse delimited by the nlogues with n=437 sites (dshed line) (cf. Figure 4 for clibrtiondtbses). The modern vlues with their stndrd devitions re represented by!tl..48 viii

10 LISTE DES TABLEAUX Tble 1. Loction of surfce sediment smpies nlyzed in the present study nd core JM04 49 Tble 2. Rdiocrbon ges from core JM04. The softwre Clib (Stuiver et l., 2(00) ws used for clibrtion with reservoir correction of 400 yers nd normliztion for ô 13 C of -25%0 PDB (Stuiver et l., 2(00) 49 Tble 3. Results of vlidtion tests of se-surfce tempertures, slinity nd se-ice cover reconstructions bsed on MAT nd ANN (dtbses of Atlntiè+Arctic sites nd ccording to the nlogues). R2 corresponds to the correltion coefficient between observed nd estimted vlues. RMSE (Root Men Squre error) is the stndrd devition of the difference between observed nd estimted vlues. RMSEP (Root Men Squre Error of Prediction) is clculted by dividing the dtbse in clibrtion nd verifiction dt sets.50 Tble 4. Distnce of the ten closest nlogues for the core JM-06-WP-04-MCB s function of depth, obtined with MAT. The threshold vlue for poof nlogues is

11 RÉSUMÉ Une crotte sédimentire, couvrnt les derniers 2500 ns, été échntillonnée sur l mrge continentle Ouest du Spitzberg dns le détroit de Frm (78,92 N 6,77 E, profondeur d'eu: 1497 m) vec pour objectif de reconstituer les vritions hydroclimtiques à prtir de l'nlyse des ssemblges de dinokystes. L'bondnce reltive des txons de dinokystes insi qu'une nlyse en composntes principles permet de distinguer une période de trnsition mjeure à 300 ns cl. BP. Celle-ci est mrquée pr l disprition simultnée des txons thermophiles Spiniferites mirbilishypercnthus et Impgidinium sphericum insi qu'une ugmenttion des txons polires-subpolires Impgidinium pllidum et Pentphrsodinium dlei. Les tempértures de surfce estimées suggèrent des conditions plus chudes que celles de l'ctuel (moyenne de 7 C en Été, soit une nomlie d'environ +2 C) jusqu'à 300 ns cl. BP mlgré plusieurs phses de refroidissement vers 1700, 1500, 1200 et 800 ns cl. BP. Les derniers 300 ns se crctérisent pr une tendnce u refroidissement, vec des tempértures d'été chutnt de 7,6 à 3,s C et un couvert de glce de mer tteignnt 7 mois/n. Les résultts obtenus montrent que le couvert de glce de mer et l tempérture de surfce océnique dns l région du détroit de Frm sont sensibles ux vritions hydroclimtiques, principlement liées u débit reltif des eux chudes et slées du cournt Nord Atlntique pénétrnt à l'est et des eux froides et dèsslées sortnt de l'arctique, à l'ouest. Nos données mettent églement en évidence un optimum thermique vers 1320 ns cl. BP qui représenterit le seul intervlle des derniers 2500 ns pouvnt être un nlogue des conditions modernes post-ad 2000 et se singulrisnt pr une bsence du couvert de glce de mer. Mots clés: Holocène, mers nordiques, détroit de Frm, conditions océniques de surfce, dinokyste

12 INTRODUCTION GÉNÉRALE Chngement climtique et instbilités du climt Holocène Les observtions climtiques et hydrogrphiques de ces dernières décennies nous ont montré à quel point le climt est sensible ux moindres perturbtions. Le dernier rpport du groupe d'experts intergouvernementl sur l'évolution du climt (GIEC, 2007) met en évidence ces instbilités climtiques et le fit que ce sont principlement les hutes ltitudes qui enregistrent les chngements les plus significtifs. En outre, les données stellitires illustrent une diminution sns précédent dns J'étendue et l concentrtion du couvert de glce de mer rctique (cf. pr exemple, nombreux trvux sur les hutes ltitudes de l'hémisphère Nord confirment l'existence d'instbilités climtiques de bsse fréquence. À titre d'exemple, en 1995, O'Brien démontr que l circultion tmosphérique u-dessus de l clotte groenlndise vriit en suivnt des cycles millénires (O'Brien et l., 1995). D'utres études menées sur les crottes de glce du Groenlnd (GRIP : Greenlnd /ce Core Project et GISP 2: Greenlnd /ce Sheet Project Two) ont confirmé ces instbilités vec des fluctutions séculires à millénires. Des observtions semblbles ont été fites à prtir de divers enregistrements issus de crottes de glce (e.g., Ailey et l., 1997), de spéléothèmes (e.g., McDermott, Mttey et Hwkesworth, 2001), de l dendrochronologie (e.g., McDonld et l., 2000; Bennike, 2004) et de crottes mrines (e.g., Bond et l., 1997,1999; Cmpbell eti., 1998; Binchi et McCve, 1999; Husum et Hld, 2004) (cf. Tbleu et Figures des pges 5-9). Mlheureusement, en rison de vitesses de sédimenttion souvent fibles dns les milieux mrins, notmment dns les régions rctiques et subrctiques, les reconstitutions pléocénogrphiques mnquent de résolution temporelle pour documenter les vritions décennles à séculires de l'holocène (e.g., Hld et l., 2004).

13 2 Objectifs Dns le contexte du réchuffement climtique ctuel, il s'vère pertinent d'étudier les chngements climtiques et océniques récents, vec une résolution temporelle élevée, fin de mieux dissocier les cycles nturels des perturbtions nthropiques. Ici, notre objectif est de développer un enregistrement hute résolution des vritions hydroclimtiques pendnt l'holocène trdif dns le détroit de Frm, à prtir de l'étude de l crotte JM-06-WP-04-MCB (JM04 dns le texte; 78,92 N 6,77 E, profondeur d'eu: 1497 m, Figure 1). Celle-ci est loclisée sur le tlus de l mrge continentle Ouest du Spitzberg où le sédiment holocène tteint plusieurs mètres d'épisseur (Husum, 2006). Situé entre le Groenlnd et le Spitzberg, le détroit de Frm fit prtie des mers nordiques, une des régions les plus importntes de l'atlntique Nord puisqu'elle constitue une zone de convergence entre les msses d'eu des océns rctique et tlntique (Figure 1). Quelques études ont été menées dns cette région mis le mnque de résolution ne permet ps de distinguer ces oscilltions décennles à séculires, en prticulier pour l'holocène trdif (e.g., Hld et l., 2004, 2007 ; Slubowsk-Woldengen et l., 2(07). Contexte océnogrphique Les mers nordiques se crctérisent pr l rencontre des msses d'eux chudes et slées du cournt Nord Atlntique (CNA), s'écoulnt vers le Nord-Est, et les msses d'eux froides et desslées du cournt Est Groenlndis (CEG), qui s'écoulent vers le Sud-Ouest. Le CNA, dns le prolongement du Gulf Strem, trverse l'atlntique vi l dérive Nord Atlntique et se poursuit pr le cournt Atlntique Norvégien puis le cournt Ouest Spitzberg. Le CNA représente un débit de 35 Sv (Kruss et l., 1987). En tteignnt les hutes ltitudes, celui-ci redistribue l chleur ltente ccumulée u niveu de l'équteur. Le CNA joue donc un rôle prépondérnt sur le climt des régions polires. Il joue églement un rôle importnt sur l circultion thermohline puisque son refroidissement hivernl rend compte de l

14 3 formtion d'eu profonde dns les mers nordiques. L formtion d'eu profonde dépend ussi de l densité et de l slinité des eux de surfce. Or, dns les mers nordiques, ces deux prmètres sont déterminés pr les flux d'eu douce d'origine rctique. Le débit d'eu douce du détroit de Frm est estimé à environ 160 msv réprti de l mnière suivnte: 80 msv sous forme de glce et msv sous forme liquide (cf. Dickson et l., 2007). Toutefois, l quntifiction de l'exporttion de glce est différente selon les études et les prmètres pris en compte, sns doute en rison d'une vribilité internnuelle élevée. Pr exemple, Koenigk et l. (2006) rpporte un flux sortnt de glce de mer entre 75 et 100 msv. Quoi qu'il en soit, le détroit de Frm semble être un secteur très sensible du système climtique, qu'il s'gisse du CNA ou des flux d'eu douce issus de l'arctique. Méthodes Les conditions océniques de surfce (tempérture, slinité, glce de mer) de l crotte JM04 sont reconstituées en utilisnt les kystes de dinoflgellés (i.e., dinokystes) qui sont des protistes. Les dinokystes sont composés d'une proi orgnique réfrctire nommée dinosporine (e.g., Kokinos et l., 1998 ; Versteegh et Blokker, 2004), ils présentent l'vntge de ne ps être ffectés pr l dissolution et l distribution de leurs ssemblges est étroitement liée ux prmètres hydrogrphiques. Dns les environnements subpolires, ils sont bien préservés dns les sédiments et leur diversité txonomique est reltivement élevée (de Vernl, Guiot et Turon, 1994; de Vernl et l., 1997,2001,2005; de Vernl et Mrret, 2007; Mudie et Rochon, 2001). Dns le but de fire les meilleures reconstitutions possibles u site de crottge, nous vons ugmenté le nombre d'échntillons de l bse de données de référence des dinokystes dns les mers nordiques et le détroit de Frm à prtir de l'nlyse des échntillons de surfce collectés lors des cmpgnes océnogrphiques WrmPst en 2006 et 2007 (JM06-WP et JM07-WP) (Figure 2) (Husum, 2006, 2007). L bse de

15 4 données de référence des dinokystes dns les mers nordiques, présentée ici, comprend 94 sites u-dessus de 70 o N. Elle été utilisée pour nlyser l distribution des ssemblges à une échelle régionle et pour définir les reltions vec les conditions hydrogrphiques modernes, le plus précisément possible (Figure 2). Ces données régionles ont été combinées vec l bse de données Nord Atlntique et Arctique des dinokystes (de Vernl et l., 2005) pour l reconstitution du couvert de glce, des tempértures et slinités de surfce, à prtir de l technique des nlogues modernes (MAT) et de celle des réseux rtificiels de neurones (ANN) (e.g., Guiot et de Vernl, 2007).

16 5 Northern Hemisphere 0.8 Û 0.6 g... ~ OA III E 0.2 o t: 0 ct... CIl -0.2 ; -0.4! -0.6 i CPS lnd wilh uncertinties EIV lnd with uncertinties -- EIV lnd+<lcn with uncertinties -- Mnn nd Jones~003) Espr et l Moberg el. ( ;) HAD Instrumentl Record - CRU Insbumentl Record -1 ~ CPS l1d-tocn Wllh uncert,inties === ~~::- ~~2~~ (2000) Û Mnn et f. (1999) ~ --- Jones el l. /l99é) > Oer1emns (m~ Mnn el éi. (2003 OP1imJ Borehole 'i Hung el l. ( ) Sorehole E 0.2 o 0,...,..._", li) ' ~ -0.4' ~ -0.6 ~ fooo Yer A.D. Grphique illuslrnt les nomlies de tempértures dus r hémisphère Nord pour les derniers deux mille ns AD à prtir d'observtions, de reconstitutions et de simultions (figure empruntée u GIEC, 2007). L Période Chude Médievle et le Petit Âge Glciire sont définis entre AD SOO-1500 et , respectivement (GIEC, 2007).

17 6 Océn,Arctique Merde Brents Crte de loclistion de l crotte étudiée JM04 et des sites de l'atlntique Nord uxquels il est fit référence dns le tbleu. Les trjectoires des principux cournts de surfce sont représentées (cf. Hnsen et 0sterhus, 2000). Les flèches épisses et en tiretés correspondent, respectivement, ux cournts chuds et froids. CEG: cournt Est groenlndis, CEl: cournt Est islndis, COG : cournt Ouest groenlndis, CES: cournt Est Spitzberg, CL : cournt du Lbrdor, GS : Gulf Strem, CI : cournt d'irnùnger, N-CNA : brnche Nord du cournt Nord Atlntique, N-CNA : brnche Sud du cournt Nord Atlntique, RH-CNA : brnche Rockll-Htton du cournt Nord Atlntique, CP : cournt de pente, CF : cournt des îles Féroé, E-CN : brnche Est du cournt norvégien, O-CN : brnche Ouest du cournt norvégien, COS: cournt Ouest Spitzberg.

18 Tbleu de synthèse des enregistrements pléoclimtiques de l'holocène dns le domine continentl (voir Figure précédente pour l crte de loclistion) Numéro Période lctt-n."&1jc"de PelllÂj:e uocléà l Résolution Pérlodlcilf(lI) des Amplhudcdn. CbIludc CoordoDD~t:I AUleurs Sile/reglon d'élude temps élodlé Pl'OxIuutillsk Prmilm étudj& Glciire (cl ClU1e de temporelle évèncmcnl.j h~dcmcdls Médlcvlc (nnée) BP) locllstlon (<l BP) Dh1 et l.. Norv~gc OêpôlS tcmcstres Clt fluctutions des 60.:55"'N.7.42 c E ±7S 1994 (Hrclngerjol)ulco) lcustres glcicn Région utour d.: Grudd el l., Anneux d'zbrcs De quelques nnées à 68"N, )9 c E 2002 (dendrochronologie) vri3rions millénires Su~dc7400.Q Annuelle TcmpérlUR d'tlé plusicun;.siècles~ps de 9So.8S0 Rtgion sulow" de S6dÎml:nts g1l1ci() 62.2S"N.6.65"E Krll!n. el FJuet1lAtionsd" Cl 68.0S"N, Kuylenshem. Suède cr NOTv~gc IOO()()...O \cusu'e9 et morines gjcicd 18.1rE' 1996 :llpines 2200 et \000 ns 2'C 52.2S"N, 9,43"W M:~~~~l el Irlnde (Crg Cve) JI Tempérlute de l'u Entl.'815~ent <5 0.et co~posilion prtir d'un Isotopique do:: l centrés à 625, 78 ns centre! à 400 l00<>t2oo spéloothème vpeur d'cu fluclulions des Nesjol eti.. Norvo8e (règion de ns "cc une Tille' ~cs pins dns glciers el 6J.67 N,7.17 E JOSledlsbro::n) moyenne de 35 ns lcs sédi~uc;~ CI perte precipittions hiv..'1'u:lle, Compo,ition 72.57'"N. O'B~~~t l.. Groenlnd (GISP 2) Flux du sel de mer Cl chimique cl S0W poussières lolltcrtrcs cirroltion tmosphérique Préclpil,uiOfls Pu de périodicjlé de 1500 Scppll. eti.. Fennosc:mdie 3.D.Duellcset 69.2 N,21.47 E '", Pollen ns, ps dc chngement <2 C (Toskljll.vri) ICmpérrw-o:: brupidu climl moyc.-nne de JuillCI --..l

19 Tbleu de synthèse des enregistrements pléoclimtiques de j'holocène dns le domine océnique (voir Figure précédente pour l crte de loclistion) Itroplitud~Résol:uLlon temponlle ProxtC'lutJJl.i. Frmttru tludl" lnltr...u.ede NY~m FirkM2t noc:liàl SIl~rIs:IoYlPitlodlclll(.) Coordoonh:1 Aukun cne de d'ilude dt.,dntttledu Attlpllludtdl!!l iv~demtdlj Pedl Â&e CI.c1in (cthp) Chude M~itVIIlt (nnfot) locllsllod (<I.BP) Isotopes stblc:s ct Commence ven: 600 AIIders.<OD if M~~~~~.;ge Tempérwrc de 66.97"N,7.64"E ~:3.4ctS.4os fol11d'lid.j~ <2"e 500, 2 phses ct est l Vriog) surfce de l'océn plsnetoniqucs centré à 300 BtndJe cr Tcmptreturcdc 66.98"N W ls1mdc JO 200~O 20"" Allcwncs Oscill&l..iOO5milltnMs >2"C l surf~dol'odn Binc:hicl Vitcs.sc do l'isow Tille: moyenne: d" "N,27.S"W McCyc:, hlndc: (fœlolld.$œrioiid 1500"" Centré à 400 \ sills 1999 Oveiflow Wlu) 64.78~.29.S7 W ~troi(du Dëbrisglciircs (v~l8c),formillifhc:s S4.27~N.16.78"W Bond clef.. Dnemrk plncldniques,silc. ~bri,g!,iites à50JU ct SOQ..300 l1ls e N W 2001 (Plteu de vcrre vokniquc (vtlgc) N.14.72"W Roclull) d'islnde. grins db61:ltitc (v~lge),forminifères DébIÜlIllIClJJ"~ Oétroltdu Il 64.7S e N,29.57"W BondcloJ.. Ol.Ilcmrk pldcloniques.s1'c. D6brilg!cilS.lRs N.16.78"W 1997 (pltuude vcm: voknlque (~!llc) 1470*.S00c.ns <2 C Rockll) d'ljlncic:,pun;li dbémtite "N.7.6)"E Mer de Norvl:sc Clvo <1 oj TC'tIl;JI!r~de (PlI\c'ude H200.ns Aiktno,,,, 2002 lwf~dcl'ocl:n VoriD~) lloo... Mu...2.6"C ls.llulde:66.s"n.19.s"w Itludo : dl:bns gjci~$(vtlsc-) blnde: isotopes ItVlptrtunde s18bles.dilom&::. S\&Ifu de l'octi,n """""'. Norvl:8C: Lslnde: O'IOwde 20 MS K.dimCDtoloS'que'll. blndc: 2"C c:bngcmcdts de Éeoue: osci1!uoq nde: NOMge: 4à221.l1t -ky= centennles r;::~~ :à~c;c ",0 Ecosse: 7 ns Nomse : dolopes nllxdu cowtu:ll srblc Nord Aùntiquc Ëcosse:'ISOLOpes Éc.ouc: sl3blu ICmptrmec dc.s cu.'\dc fodicq Eu 14 No:::~~5;:g;~~S;"~;"EEuiJuson r1 1s1l:ode. Norv~e. et 6/).S"'N, 3.7)ee 0/ teoue Ielllpt~ doj le d~esà teosse: 56.67'N. S.S3"\\' 00

20 Tbleu de synthèse des enregistrements pléoclimtiques de l'holocène dns le domine océnique (voir Figure précédente pour l crte de loclistion) Numiro Pirlode lcel'v81ltde PedlÂe uodl: à l Sltetnpon Rholuftoo Pfrlodlclli(s)dt'S Amplltuded~Cbude Coordonnhs Autcun lemp'l!nl~ Proxlh\l.rWsét Pnml!ttts indu:. G'dlte(cl. rtede d'~tudttemporelle "'~ntmenb '\'èemtnb Mfdlevle (hdie) BP) loc.lljtlon ('.Bp) FormilÙfè:rc.s Norvège Tcmpénrum dc's "N, 18.3goE H~/ol à 78 ns bedlbiques Cl isotopes Oscilltions mîlltilîn:s,oc (MlDgcnljord) cu.x.dt fond Rbi.. forminifères Dibris glciires bc"nthiql.lts,. Cl GTœnlnd (vhilgc), glce 68.3'"N W JenllÏ~~:tQ{" de l9m plncloniques (Nnsen Fjord) œtr, oo.ucsd'eu litborci~, D.lyses régiooles séd.imcolologiquts Tempérture de jing et f "N,19.07<>W Islnde DjloID~sUlfee de l'océn l 2 e Centré à350 Centré lO2 cnéj:6 Oxyg6olÎon Cl Norvoge Foruroiifèn» "N,6.160E Mik;s:lel l., m tempérture dl:s Min 2~C 325 (Sulfjord) beolhiqul:s ct SIlO eoux de fond 19 Fiblespériodieilés Risebrobklcen Mer de Norvège décco.njcs, centcnnles et Il. TC'Olpc!rrurode E el l., 200) (p~~~:e à 27 ns S 0 d~ formini lèrcs surf::u:e dc \'océ;tn millénires (1400,1250, 1150,900, 570, 5~O, 417, 2 e 260,115,81 ns) "'N, 17.68~W Ro~~~tl., Tnl.lupol1 du AulY'" Osei1ltio~ ccmtenn.les Islnde m sédimenl et tille: Q.620 pleomsn~bqucs (714,238,167,104 Bn.5) des groills looq.\350, 885/840, 400 Formirufèrt'S Tempc!rturedc N, 14~E Srn~; el l., Mer de Bre:tlts à70m 650,505/605, 230, 145 Cl <4~C plr.ctoiqucs surfoo do l'océn m Tempertwe et 50'~~8i~~WSoljgnc el l., siinilé de swfce 22 Islnde IOD )00 m Diook:y$tcs Oscilltions 1!l1n~nites Mx..5~C W 2004 de l'océn, cou\'ci1 de glce de D::It;r \0

21 CHAPITRE 1 VARIABILITY OF SEA-SURFACE TEMPERATURE AND SEA-ICE COVER IN THE FRAM STRAIT OVER THE LAST TWO MILLENNIA Sophie Bonnd'-, Anne de VernI 1.-, Clude Hillire-Mrcel ', Toufik Rdi l, Robert F. Spielhgen 2 ;3, Ktrine Husum 4 nd Morten Hld 4 1 Centre de recherche en géochimie isotopique et en géochronologie (GEOTOP), Université du Québec à Montrél, Cse postle 8888, Succursle Centre-Ville, Montrél, Québec, Cnd, H3C 3P8. Tel: ; Fx: Acdemy of Sciences nd Literture Minz, Geschwister-Scholl-Str. 2, D-55131, Minz, Gerrnny 3 Leibniz Institute for Mrine Sciences, Est Cost Building, Wischhofstr. 1-3, D-24148, Kiel, Gerrnny 4 Deprtment of Geology, University of TroIllS0, Drmsveien 201, N-9037 Tromslll, Norwy *Corresponding uthors: E-mil: s.bonnet@wndoo.fr;devernl.nne@uqm.c

22 11 Abstrct A sediment core locted on the West Spitzbergen mrgin in the Frm Strit (78.92 N 6.77 E, wter depth: 1497 m) ws nlyzed for its dinocyst content in order to reconstruct hydroclimtic vritions of the lst 2500 yers. The reltive bundnce of dinocyst tx nd principl component nlysis show mjor trnsition t bout 300 cl. yers BP. It is chrcterized by the disppernce of thermophilic tx Spiniferites mirbilis-hypercnthus nd lmpgidinium sphericum nd the increse of polr-subpolr tx lmpgidinium pllidum nd Pentphrsodinium dlel Sesurfce temperture (SST) estimtes suggest wrmer conditions thn present (nomly '" +2 C) verging t 7 C in summer until 300 cl. yers BP, lthough cooling pulses re recorded round 1700, 1500, 1200 nd 800 cl. yers BP. The lst 300 yers were mrked by cooling trend from 7.6 to 3.s C nd se-ice cover up to 7 months/yr. The results demonstrte tht the Frm Strü re is sensitive to hydroclimtic vritions, notbly with respect to se-ice nd SSTs, which re linked to the reltive strength of northwrd flow of North Atlntic wters to the Est nd southwrd outflow of cold nd fresh wters from the Arctic Ocen. Bsed on our dt, the therml optimum recorded round 1320 cl. yers BP is the only intervl of the lst 2500 yers tht provides possible nlogue for the modern post-ad 2000 intervl, which is chrcterized by se-ice free conditions. Keywords: Holocene, Nordic Ses, Frm Strit, se-surfce conditions, dinocyst

23 12 1. Introduction Locted North of the Greenlnd Se, the Frm Strit is the mjor gtewy between the Arctic nd North Atlntic ocens (Figure 1). It is key re with respect to polewrd het trnsport through the North Atlntic Current (NAC) to the Est nd freshwter fluxes from the Arctic to the North Atlntic to the West. Wheres the NAC inflow represents 35 Sv (Kruss et l., 1987), the totl freshwter outflow is estimted round 160 msv (80 msv s ice nd msv s liquid) ccording to Dickson et l. (2007). Thus, exchnges tking plce in the Frm Strit ply n importnt role in polr c1imte, se-ice cover extent nd thermohline properties of upper wter msses in the Nordic Ses. At higb ltitudes of the Northern Hemisphere, numerous studies hve shown instbilities in the Holocene c1imte. They include studies on Greenlnd ice cores (e.g., O'Brien et l., 1995; Ailey et l., 1997), speleothems (e.g., McDermott et l., 2001), tree-rings (e.g., McDonld et l., 2000; Bennike, 2004) nd mrine cores (e.g., Bond et l., 1997; Cmpbell et l., 1998; Binchi nd McCve, 1999; Husum nd Hld, 2004). In prticulr, sorne studies led by Hld et l. (2004,2007) nd Slubowsk-Woidengen et l. (2007) in the re of Svlbrd show grdui cooling from 8800 cl. yers BP to the lte Holocene, possibly resulting from regionl decrese in the contribution of Atlntic wter fluxes to polr wters. However, due to low sedimenttion rtes in mrine environments, pleocenogrphic reconstructions often lck of temporl resolution to document decdl to centennil timescle vritions of the lte Holocene (e.g., Hld et l., 2004). Here, our objective is to develop high-resolution record of ocen nd c1imte vritions during the lte Holocene in the Frm Strit bsed on the nlysis of core JM-06-WP-04-MCB (JM04 in the text; N 6.77 E, wter depth: 1497 m; Figure 1), which is locted on the slope of the western continentl mrgin of Svlbrd, in n re chrcterized by reltively thick Holocene sedimentry sequence (Husum, 2006). In the present study, we report on the pleoclimte record of core JM04 bsed on