Paléo-magnétisme/Magnéto-stratigraphie

Transcription

1 Paléo-magnétisme/Magnéto-stratigraphie -- mesures de susceptibilité magnétique -- inversions du champ magnétique terrestre: polarité normale/inverse -- enrégistrées dans les basaltes au fond de l Atlantique --2 catégories de périodes avec magnétisme invariable: 1) Epoch (époque): > 500,000 ans 2) Event (événement): < 100,000 ans -- aujourd hui: Brunhes Normal Epoch (700,000 ans) avant: Matuyama Reversed Epoch (0,7-2,4 Ma)

2 Position du Pôle Nord Magnétique Année Latitude ( N) Longitude ( W )

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5 Zones magnétiques au fond de l Océan Atlantique

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9 Paléo-magnétisme/Magnéto-stratigraphie Avantages Magnéto-stratigraphie: -- les inversions sont des événements synchrones -- corrélations entre continent et océan -- liens entre des fossiles stratigraphiques et des échelles de temps absolu Désavantages Magnéto-stratigraphie: -- signal individuel non diagnostique -- intensité magnétique parfois très faible -- overprints d événements plus jeunes -- lacunes sédimentaires invisibles -- bioturbation peut detruire le message initial -- «time lags» entre dépôt sédiment et consolidation

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14 Tephrochronologie Tephra = couche de cendre volcanique Avantages: 1) isochrone 2) composition minéralogique distincte Désavantages: 1) repartition dépend du vent 2) dilution par sédiment hémipélagique et bioturbation

15 Isotopes stables Carbonates marines Oxygène and Carbone Isotopes d'oxygène: 16 O 99,76% 17 O 0,04% 18 O 0,20% La pression de vapeur es plus élevée pour 16 O que pour 18 O fractionnement Evaporation plus de 16 O dans la vapeur eau douce enrichie en 16 O eau de mer enrichie en 18 O Condensation plus de 18 O dans le fraction condensée (l'eau) l'eau atmosphérique qui reste en forme gaseuse est encore plus enrichie en 16 O

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17 Isotopes stables d'oxygène Résultat final: l'eau atmosphérique contient 1% moins de l'isotope 18 O que l'eau océanique Situation extrème: la neige au cœur de l'antarctique contient 5.7% moins de l'isotope 18 O qu'une eau océanique moyenne

18 La composition isotopique de l'eau de mer est enregistrée dans les tests carbonatés des organismes marins (foraminifères), sécrétés en équilibre avec la composition de l'eau Les temps de mélange de l'eau océanique sont relativement courts ( 1000 years) les changements isotopiques se font d'une façon synchrone Composition isotopique carbonate: 18 O = ( ( 18 O/ 16 O) sample - ( 18 O/ 16 O) standard )/ ( 18 O/ 16 O) standard ) * 1000 exprimé en : + 2 signifie: 2 parts par 1000 plus de l'isotope 18 O dans l'échantillon que dans le standard Standards: PDB (Pee Dee Belemnite Formation) SMOW (Standard Mean Ocean water) Mesures: Spectromètre de masse; précision: 0,1

19 Fractionnement: 1) changement de phase (gaz liquide; eau neige, etc) 2) calcification: une carbonate contient plus de 18 O que l'eau de mer dans laquelle elle se forme. La différence dépend de la température: T > 18 O carbonate < 3 d18o Carbonate (permille) Temperature ( C)

20 Uray (1948) part de l'hypothèse qu'un foraminifère secrète son test en équilibre avec ce fractionnement chimique.. alors il suffit de mesurer la composition isotopique du test, et.. on trouve la paléo-temperature! Paléo-thermomètre!! Travaux d'epstein (1953) et Craig (1965) Calibration: T ( C) = 16,9-4,2 ( 18 O sample - 18 O water ) + 0,13 ( 18 O sample - 18 O water ) 2 Le grand problème: 18 O de l'eau de mer du passé = inconnu!!

21 Problème: le 18 O de l'eau de mer dans le passé est inconnu! 2 solutions: 1. Solution pratique (et incorrecte): suivre le développement du 18 O au cours du temps, et considerer le 18 O water comme constant! 2. Considérer un système avec deux phases carbonatées différentes: calcite aragonite (aragonite: CaCO 3 -- structure cristalline différente) calcite: T ( C) = 16,9-4,2 ( 18 O sample - 18 O water ) + 0,13 ( 18 O sample - 18 O water ) 2 aragonite: T ( C) = 21,36-4,83 ( 18 O sample - 18 O water )

22 Autres facteurs qui influencent le 18 O: Effet glaciaire: Calotte glaciaire permanente (South pole, North Pole, Greenland) fortement enrichie en 16 O Calotes polaires >> en période glaciaire niveau de la mer plus basse eau océanique enrichie en 18 O Différence glaciaire-interglaciaire 18 O seawater 1,8 (equivalent à un effet de Température de 7,5 C); Ces 1,8 sont dues à la température et à l'effet glaciaire. Quel partie de ces 1,8 est due à l'effet glaciaire?? Shackleton: étudier les foraminifères benthiques: changements de température au fond de l'océan sont négligables!

23 Autres facteurs qui influancent le 18 O: Effet vital Hypothèse de départ des études isotopiques: La calcification du test des foraminifères se fait en équilibre avec la composition isotopique de l'eau et les lois thermodynamiques, c'est un processus inorganique Ceci n'est pas (toujours) vrai! Les organismes vivant ne secrètent pas toujours leur coquille en équilibre avec la composition de l'eau de mer Urey (1947): "Effet vital" = "species-specific"; certines espèces sont en équilibre (e.g. Uvigerina), d'autres ont un décalage constant. Espèces avec algues symbiontes (coraux, beaucoup d'espèces de foraminifères planctoniques) encore + compliqué, généralement allégé!

24 Ontogenetic and Habitat effects Premiers 200 m (superficiels) de la colonne d'eau: forts gradiënt en température et salinité c'est important de connaître le habitat des différentes espèces de foraminifère planctonique; où est-ce qu'ils secrètent leur test? y-a-t'il des migrations au cours de l'ontogénie? Oui! Pour certaines espèces: -- les adultes vivent à la surface, -- les juveniles vivent beaucoup plus profondement les analyses sont basées sur des classes granulométriques bien définies! la profondeur de vie est contrôlée par la densité de l'eau périodes glaciaires salinité > foraminifères vivent moins profondement indiquent un SST plus élevée!! conséquence: différences glaciaires/interglaciaires apparaissent moins importantes! Conclusion: loin d'être évident d'appliquer le 18 O des foraminifères planctonique comme paléothermomètre!

25 Stratigraphie des Isotopes Stables Temps de mélange de l'eau océanique relativement court Les signaux isotopiques sont isochrones La pratique des datations: l'inversion magnétique Matuyama-Brunhes est datée à 730,000 BP on assume un taux de sédimentation constant entre cette limite et le sommet de la carotte On passe par une datation 14 C pour dater le sommet de la carotte Par interpolation on trouve les ages de toutes les limitis isotopiques

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27 Stades Isotopiques: périodes glaciaires nombres pairs périodes interglaciaires nombres impairs L'effet de la temperature et de l'effet glaciaire se renforcent le signal a une amplitude importante stratigraphie isotopique marche bien! N.B. la glaciation du Pôle Nord a commencé 3 Ma la glaciation du Pôle Sud a commencé au Miocene moyen, 14 Ma Avant la présence des calottes glaciaires sur les pôles, les courbes isotopiques étaient surtout modulées par des changements de température amplitude moins importante!