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LES CLIMATS DU CRETACE
PROGRAMME
Lundi 1er Décembre 2008
9h30 – 10 h. Accueil des participants : Danièle Groshény, Emmanuelle Pucéat,
Jean-François Deconinck
10h - 10h20 : FESNEAU C., DECONINCK J.F., COMPANY M., JOACHIMSKI M.,
PUCEAT E. & TAVERA J.M.- Enregistrement des changements climatiques dans le
bassin bétique au Valanginien.
10h20 - 10h40 : WESTERMANN S., FÖLLMI K. B., ADATTE T., MATERA V.,
FLEITMANN D., FIET N., PLOCH I. & DUCHAMP-ALPHONSE S.- Palaeoredox
and palaeoclimatic changes associated with the Valanginian carbon isotope event.
10h40 - 11h00 : GRESSIER V., MINOLETTI F., EMMANUEL L. & RENARD M.- Influence
de la variabilité des populations de producteurs pélagiques sur l’enregistrement par le
carbonate total des fluctuations isotopiques au cours de l’évènement Valanginien
(Weissert event).
11h - 11h20 : BONIN A., PUCEAT E., VENNIN E., MATTIOLI E., MASSE J.P., PITTET B.,
JOACHIMSKI M. & CAPPETTA H.- Variations des températures marines à partir du
δ18O de dents de poissons et de rudistes : exemple d'un bassin et d'une plate-forme du
Valanginien de l'Ouest de la Téthys.
11h30 : Conférence : Valanginian and Aptian C-isotope excursions
similarities , differences.
par Helmut WEISSERT
---------- Pause déjeuner ---------14h30 - 14h50 : ADATTE T., MORT H., FÖLLMI K.B., KELLER G., GERSTCH B. &
BERNER Z.- Evidences of a significant climatic change through the CenomanianTuronian OAE2.
14h50 – 15h10 : DESMARES D., GROSHENY D. & BEAUDOIN B.- Calage temporel à
haute résolution des modifications environnementales au passage Cénomanien-Turonien
dans le bassin du Western Interior.
15h10 – 15h30 : BOMOU B., ADATTE T., FÖLLMI K. B., MATERA V., HUANG Y.,
CARON M. & FLEITMANN D.- Phosphorus, Carbon and Traces Elements
accumulations during the Cenomanian-Turonian OAE2 in Tibet, reveal anoxic
conditions?
15h30 – 15h50 : FERRY S., GROSHENY D., CHIKHI F. & JATI M.- Pulsations tectoniques
globales dans l’intervalle Cénomanien-Campanien. Liens avec le volcanisme et le
climat ?
----------Pause café – Posters----------
17h - 17h20 : THIRY M., SIMON-COINÇON R. & SCHMITT J.M.- Influence de la teneur en
CO2 de la paléoatmosphère sur le développement des grandes altérations crétacées :
approche par la simulation géochimique.
17h20 - 17h40 : YANS J., DUPUIS C., DEJAX J., BARBIER F., SPAGNA P. & QUESNEL
F.- La kaolinite comme marqueur climatique au Crétacé inférieur ? L’exemple des
sédiments à faciès wealdien du Bassin du Wessex (Royaume-Uni), du Bassin de Mons
(Belgique) et du Boulonnais (France).
17h40 – 18h00 : SCHNYDER J., BAUDIN F. & DECONINCK J.F.- Distribution de la matière
organique dans des faciès lacustres et lagunaires du Berriasien (Durlston Bay et Lulworth
Cove, Dorset, Angleterre) : une réponse paléoenvironnementale locale à un forçage
climatique « global ».
Mardi 2 Décembre 2008
8h30 – 8h50 : BOMOU B., PUCEAT E., DECONINCK J.F., AMEDRO F., MAGNIEZJANNIN F., QUILLEVERE F., & JOACHIMSKI M.- Utilisation comparée du δ18O des
dents de poissons, des bélemnites et des foraminifères pour l'estimation des
paléotempératures marines du Crétacé. Exemple de la coupe albienne de Wissant
(France).
8h50 - 9h10 : MASURE E. & VRIELYNCK B.- Comment estimer les limites de température
de vie du microplancton cénozoïque et mésozoïque: une proposition.
9h10 - 9h30 : GIRAUD F., REBOULET S., Mc ARTHUR J.M. & CARPENTIER A.- The
Mid-Cenomanian event in southeastern France : evidence from geochemical and
paleontological data.
9h30 - 9h50 : FRANCOIS E. - How spatangoid urchins cope with climate changes? A lower
cretaceous case-study (Toxaster and relatives, Berriasian-Aptian).
9h50 - 10h10 : MASURE E. & VRIELYNCK B.- L’asymétrie du gradient de température des
eaux océaniques superficielles sous un climat à effet de serre : le témoignage des kystes
de dinoflagellés de l’Albien terminal.
10h10 - 10h30 : STEIN M., ADATTE T., MATERA V., FLEITMANN D., FIET N. &
FÖLLMI K. B.- Environmental change near the Barremian/Aptian Boundary : the Rawil
member of the Swiss helvetic Alps.
----------Pause café – Posters----------
11h : Assemblée générale du Groupe Français du Crétacé
12h30 : Clôture de la réunion thématique.
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CALAGE TEMPOREL A HAUTE RESOLUTION DES MODIFICATIONS
ENVIRONNEMENT ALES AU PASSAGE CENOMANIEN-TURONIEN
DANS LE BASSIN DU WESTERN INTERIOR
'.
..
...
Delphine DESMARES , Damèle GROSHENY & Bernard BEAUDOIN
. Departmentof Geologyand PetroleumGeology,University of Aberdeen,King's College,AberdeenAB24
3UE, Scotland,UK, [email protected]
.. UniversitéLouis Pasteur,Ecole et ObservatoiredesSciencesde la Terre,UMR 7517, 1 rue Blessig,F67084
StrasbourgCedex,France,[email protected]
Ecole desMines de Paris,60, BoulevardSaintMichel, F75272Pariscedex06, France
...
Au passage Cénomanien-Turonien, cinq horizons pluridécimétriques de cendres volcaniques
altérées, formant des lignes isochrones indépendantes des modifications environnementales, ont été
corrélés à travers la majeure partie du bassin nord américain du Western lnterior sur plusieurs millions
de km2. Cette particularité a permis de définir un cadre chronostratigraphique à haute résolution,
parfaitement contraint, dans lequel les autres signaux stratigraphiques (litho-, bio- et chimio-) ont été
intégrés.
Les corrélations des niveaux de bentonites, suivant deux transversales (d'est en ouest: de Lohali
Point en Arizona à Elm au Kansas; et du nord au sud: de Hot Springs au Dakota du Sud à Carthage
au Nouveau Mexique) ont non seulement permis de confirmer les corrélations régionales banc à banc,
mais aussi de révéler des lacunes dans l'enregistrement sédimentaire. L'intégration de ces hiatus ainsi
que des données bio- (foraminifères planctoniques et benthiques) et chimiostratigraphiques (013Cet
0180) au cadre chronostratigraphique permet de contraindre très finement les différents événements
qui ont marqué l'intervalle Cénomanien-Turonien dans le bassin du Western lnterior et, par suite, de
rendre compte de leur extension (locale à régionale, voire globale).
Ainsi, les données biostratigraphiques acquises à haute résolution sur les foraminifères
planctoniques démontrent le diachronisme, à l'échelle du bassin, des dernières et premières
occurrences des espècescarénéesRotalipora cushmani et Helvetoglobotruncana helvetica qui bornent
la zone d'extension partielle à Whiteinella archaeocretacea. Si cette dernière est extrêmement réduite
au centre du bassin, à Pueblo (Colorado), avec une durée inférieure à 50000 ans; elle atteint en
revanche plus de 350 000 ans sur la bordure orientale stable (Desmares et al., 2007). La variabilité de
l'extension de la zone à W archaeocretacea doit être dictée par des fluctuations paléocéanographiques
plus ou moins régionales et/ou due à un biais d'enregistrement lié à la raréfaction des espèces-index
spécialiséesdans la tranche d'eau, suite au renforcement de l'anoxie.
En revanche, d'autres événements biologiques, plus brefs, comme la prolifération de
foraminifères benthiques à forte affinité téthysienne ou encore comme l'événement à Heterohelix ont
été mis en évidence au Cénomanien supérieur (Desmares et al., 2007). Ceux-ci sont synchrones à
l'échelle du bassin. Reconnus dans d'autres domaines paléogéographiques, ils indiquent des
modifications environnementales globales.
L'événement de la «zone à benthiques », d'une durée de 200000 ans, aussi identifié dans
d'autres secteurs comme le Plateau de Demerara (Friedrich et al., 2006) ou encore le Bassin angloparisien (Paul et al., 1999), est systématiquement associé à une forte augmentation des valeurs du 0180
et à une baisse des valeurs du 013C(e.g. Morel, 1998; Paul et al. 1999; Desmares et al., 2007). De
fortes teneurs en manganèse ont également été mesurées au sein de cet intervalle dans le bassin du
Western lnterior (Morel, 1998). Ce bref événement est interprété comme une phase de re-oxygénation
des eaux de fond au cœur de l'événement anoxique océanique. Un tel bouleversement
océanographique est sans doute lié à un bouleversement climatique (refroidissement). La confrontation
des données biologiques et isotopiques acquises dans le bassin nord américain aux courbes de
variations du niveau marin de Matthews et Frohlich (2002) et d'insolation de Laskar et al. (2004)
renforce cette hypothèse; la« zone à benthiques» serait contemporaine d'une baisse du niveau marin
et d'une diminution de l'insolation.
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D'autres modifications morphologiques chez les foraminifères planctoniques pourraient signer
des changements paléocéanographiques. Si l'étude du sens d'enroulement permet une approche
phylogénétique (Desmares et al., 2008), celle-ci pourrait souligner des modifications
environnementales. Ainsi, des travaux préliminaires sur l'évolution du sens d'enroulement des
populations de formes globuleuses (Whiteinelles et Hedbergelles) autour de la limite CénomanienTuronien témoigneraient, en accord avec les isotopes stables, de changements climatiques.
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EVOLUTION OF THE WEATHERING ALONG THE NW TETHYAN MARGIN
DURING THE V ALANGINIAN C-ISOTOPE EXCURSION: MINERALOGICAL
EVIDENCE FROM THE VOCONTIAN BASIN (SE FRANCE)
StéphanieDUCHAMP-ALPHONSE., NicolasFlET.,.., Maurice PAGEL...
* Laboratoire IDES, UMR CNRS 8148, Université Paris Sud-XI, 15 rue Georges Clémenceau, 91405 Orsay Cedex,
France; sté[email protected]
** AREV A, 33 rue Lafayette, 75009 Paris, France; [email protected]
*** Laboratoire IDES, UMR CNRS 8148, Université Paris Sud-XI, 15 rue Georges Clémenceau, 91405 Orsay
Cedex, France; [email protected]
A major and global Ô13Cpositive excursion bas been documented in marine sediments of
Valanginian-Lower Hauterivian time interval (Weissert and Erba, 2004). This perturbation coïncides with
a widespread eutrophication of marine ecosystemsassociatedwith important platform drowning events,
associatedwith a crisis of carbonate producing biota (Fôllmi et al, 1994; Erba et al., 2004).
Greenhouseconditions, characterised by high atmosphericpCOz levels, are often referred to as the cause
of these paleoenvironmental changes. The Paranâ-Etendekacontinental flood basalts, which initiated at
about 137 Ma, with a paroxysm phase at about 133-131 Ma, may have been a source for increasedpCO2
in the ocean-atmospheresystem (Li ni et al., 1992; Weissert et al., 1998; Erba et al., 2004). It would have
triggered acceleratedhydrological cycling, increasedweathering, higher terrigenous/ nutrient transfer rates
to oceans,indirect fertilization of coastal environments, and thus, changesin carbonate palaeoproductivity
(Lini et al., 1992; Weissert et al., 1998). However, high resolution Valanginian climate changes and
subsequentweathering are poorly documented,and findings from the last decade(dropstones, glendonites,
stable isotope evidences mainly; Kemper, 1983; Frakes et al., 1995; AIley and Frakes, 2003; Stoll and
Schrag, 1996) question the hypothesis of a durable and equally warm climate, further supporting episodes
of cool conditions (icehouse). Moreover, the causes and the consequencesof such events remain still
poorly understood since they are related to complex mechanisms inferred from climates but also, from
sea-level changes,tectonic, and volcanism.
The used herein multiproxies approach is focused on high-resolution C-isotope stratigraphy and
bulk and clay mineralogies in order to assessthe changesin weathering processesand terrigenous fluxes
due to climate and sea-ievei variations. The Angles section is ideal for this study since it is located in the
hemipelagic realm of the Vocontian Basin, and consists of a continuous sedimentation with a mixed
siliciclastic-carbonate system (mari-limestone altemations). It off ers a good opportunity to establish a
detailed carbon isotope stratigraphy based on carbonates, and combine it with mineralogical records,
without any artefacts induced by unconformities. Due to its abundance of macro- and microfossils, the
Angles section is weIl dated by ammonoids, calcareous nannofossils, and calpionellids (Bulot and
Thieuloy, 1994; Reboulet and Atrops, 1999; Gardin et al., 2000; Allemann and Remane, 1979). The study
focuses on the bulk marly-interbeds and is thus based on an almost homogeneous lithology, easily
correlated to the calcareousnannofossil and ammonite biostratigraphies.
AlI the data have been placed in the local, regional and global palaeoenvironmental histories,
documented by previous lithological, stratigraphical, diagenetic and geochemical contexts. Since
geochemical and mineralogical data are rather sensible to diagenetic processes,a particular attention has
been made to identify the respective palaeoenvironmental and diagenetic influences on the proxies. The
preservation of the C-isotope signal obtained at the Angles section during the Valanginian time interval
has already been discussed by Duchamp-Alphonse et al. (2007). The authors relate no significance
diagenetic overprint of the 813Ctrends since they can be weIl correlated with those found on similar age
sections in Mexico, Switzerland, France, Italy, and the westem-north Atlantic. This result is therefore
supported by the absence of co-variance trends of 813Cversus 8180. A principal component analysis
(PCA) performed on the bulk material indicates that it corresponds to an homogeneous mixture of
terrigenous-detrital material and different amount of biogenic carbonate end members (DuchampAlphonse, 2006). ln the Vocontian basin, studies published on the clay mineraI distribution of Mesozoic
series document an increasing diagenetic overprint eastern ward in relation with Alpine orogeny
(Deconinck and Chamley, 1983; Ferry et al., 1983). This implies the usuaI replacement of smectite by
chlorite and illite in the calcareous-beds and the marly-interbeds respectively, with depth of burial
(Deconinck and Chamley, 1983; Levert, 1991; Deconinck, 1993). However, at the Angles section, the
diversity of the clay minerais and the lack of any continuous change in clay mineraI composition from the
bottom, upward section (e.g. of the 240 m-thick section), suggestthat the clay mineraI diagenesisdriven
by burial effects was probably moderate, and that relative variations of the mineralogical content are
mainly of detrital origin (Kisch, 1983; Chamley et al., 1997). The twice punctual appearanceof smectite
reaching as high as 26% and 45% of the assemblagesin the Stephanophorusand the Radiatus ammonite
zones respectively support such an interpretation. Such a deduction is a priori unexpected for a
Valanginian sedimentary serie of the eastern part of the Vocontian Basin, but this result is in agreement
with several other data from the section (well-preserved stable isotope signature and calcareous
nannofossils abundance (Duchamp-Alphonse et al. 2007); clay mineraI data from the Hauterivian Barremian (Godet et al., 2008). It suggeststhat geochemical and mineralogical data of the Angles section
have not suffered strong diagenetic overprint. Their trends can reasonably be used as paleoenvironmental
proxies.
At the Angles section, the distinct trends occurring in the bulk and clay mineralogies from the
marIs are interpreted as reflecting the variations in the weathering environment that existed in the source
areas of the Vocontian Basin. During the Valanginian time interval, the weathering environment is the
mainly interactive result of the climate and the sea-level changes.The later are weIl defined at the Angles
section by Arnaud-Vanneau et al. (1982). Through a sequence stratigraphy study of the section, the
authors recognize sea-level fluctuations of major importance during the Lower Valanginian (Pertransiens
to Stephanophorusammonite Zones), while the Upper Valanginian is rather characterized by a durable
and equally highstand sea-level. Most especially, the Pertransiens ammonite Zone is marked by a major
sea-level regression and the Stephanophorus ammonite Zone is associated to a major sea-level
transgression. Such an interpretation is further supported by the mineralogical data obtained in this study
since these significant sea-level variations recorded during the Lower Valanginian, correlate well with the
calcite/detritus ratio (ratio interpreted as a useful index for sea level variations (Adatte et al., 2002).
During the Pertransiensammonite Zone, the important marine regression is associatedto a sharp drop of
the,calcite/detritus ratio from 3.0 to 1.2. This evolution testifies for a sharp diminution of the calcite
proportion relative to the terrigenous inputs and suggests a more proximal terrigenous source, and
shallower conditions (Adatte et al., 2002). This trend reflects a Tigeof the continental erosion during a
lowstand sea-level. During the Stephanophorus ammonite Zone, the major marine transgression is
accompaniedby a relative Tigeof the calcite/detritus ratio from 1.2 to 2.8. This distribution depicts a more
distal terrigenous source, and a deeper environment at the Angles section. This trend relates legs
terrigenous material transfers to the Angles section, during a time of relatively high sea-level. Thus,
during the Pertransiensto Stephanophorusammonite Zones (Lower Valanginian), the distribution of the
detrital material from the Angles section is mainly influenced by second order sea-level changes while
climatic influence is of minor importance.
Contrary to the Pertransiens - Stephanophorus ammonite Zones, the Inostranzewi - Radiatus
ammonite Zones (uppermost Lower Valanginian and Upper Valanginian) are characterized by a durable
and an equally highstand sea-ievei (Amaud- Vanneau et al., 1982). ln that case, differential detrital
transfers due to sea-level changesare Dot significant, and the mineralogical variations are mainly triggered
by palaeoclimatic variations. Since the analysis of clay mineraI ratios provides a clearer record of the
climate variations than the evaluation based on single mineraI contents, interpretations are mainly based
on the kaolinite/(illite+chlorite) ratio. It is completed by observations dealing with the occurrence vs
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absenceof smectite. Kaolinite mainly forms under highly hydrolytic weathering reactions in warIn humid
climates (Chamley, 1989). Mica and chlorite are the common byproducts in cool to temperate and dry
conditions with low hydrolysis (Chamley, 1989). ln the same way, abundant illite signifies minimum
hydrolysis in either cold or dry conditions. ln that way, the variations of the kaolinite/(illite+chlorite) ratio
will depict fluctuations between two climatic poles: a warm humid climate and a cool to temperateand dry
climate. At last, the relationship between smectite formation and climate is more debate but probably, the
most favourable conditions are those in which a warIn climate alternatesbetween pronounced arid seasons
and legs pronounced (or shorter) humid seasons(Chamley, 1989). The presenceor absenceofsmectite at
the Angles section will thUg allows us to be more detailed on the climatic conditions. According to the
Ô13Cstratigraphy and the vertical distribution of bulk and clay mineralogies, two successivezones can be
distinguished in the Inostranzewi - Radiatus ammonite Zones: The zone 1 ranges from the Inostransewi to
the Verrucosum ammonite Zones. Of moderate thickness, it depicts the most striking feature of the Cisotope and mineralogical evolutions. The bulk rock C-isotope stratigraphy, measured at the Angles
section shows similar shape to those found on similar age sections around the world. It depicts a positive
excursion of amplitude of + 1.5%0. This isotopic signature corroborates a graduaI decrease of the
carbonate/detritus ratio fraction (from 2,2 to 1,2), and a marked increase of the kaolinite/(illite+chlorite)
ratio (from 0,18 to 0,95). Smectite is absent. These results testify for of a high terrigenous input, under an
equally humid and warIn climate. Since the kaolinite/(illite+chlorite) ratio as weIl as the kaolinite content
reach their highest values (0,95 and 42% respectively) during the Ô13Cpeak, it is assumed that the
paroxysm of the C-isotope excursion corroborates the most humid and the warmer conditions of the
(Upper) Valanginian time interval. The zone 2 corresponds to the Verrrucosum-Radiatus ammonites
Zones. It bas a large depth range and is marked by relatively high C-isotope values, slightly decreasing.It
is characterized by various amount of detrital materials and thug variations of the carbonate/detritus and
kaolinite/(illite+chlorite) ratios. These patterns are interpreted as reflecting an overall unstable climate.
However, some long-term general trends can be highlighted regarding the clay mineralogical distribution.
They are characterized by i) the recover of fairly abundant illite that reaches its highest values (77%) in
the Radiatus ammonite Zone; ii) the general decrease of the kaolinite (from 40% in the Verrucosum
ammonite Zone to 16% in the Radiatus ammonite Zone); as weIl as iii) the reappearanceof the smectite in
the Verrucosum ammonite zone, reaching 45 % of the clay assemblagesin the Trinodosum and Radiatus
ammonite Zones. These mineralogical patterns probably reflect a period ofunstable climate, taken part of
an overall chain of feedback mechanisms induced by the strong greenhouse conditions previously
recorded (Inostransewi - Verrucosum ammonite Zones). These general "forced" feedbacks would enable
the atmosphere-oceansystem to weaken these greenhouseconditions and thug to return to more stable
conditions.
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-
.
PULSATIONS TECTONIQUES GLOBALES DANS L'INTERVALLE
CENOMANIEN-CAMP ANIEN. LIENS AVEC LE VOLCANISME ET LE CLIMAT?
SergeFERRY*, Danièle GROSHENY**, Fettouma CHIKHI *** & Mohamed JATI**
* Université CI. Bernard,Lyon 1, Géologie,UMR 5125,43 Bd du Il Novembre,F 69622 VilleurbanneCedex
** UniversitéLouis Pasteur,EOST, UMR 7517,1 rue Blessig,F 67084 StrasbourgCedex
*** Universitédes Scienceset de la TechnologieHouari Boumédienne,Départementde Géologie,Bab Ezzouar,
Alger, Algérie
Vers la limite Cénomanien-Turonien (CfT), une forte hétérogénéité séquentielle, enregistrée à
l'échelle globale, pendant le développement de l'anomalie positive en Ô13Cau Cénomanien terminal
(Jati, 2007) est suivie d'une période considérée comme une période de relaxation des contraintes, avec
un ennoyage cette fois synchrone de toutes les marges de bassins étudiées. Le Turonien supérieur est
une deuxième période de crise, avec un enregistrement séquentiel très hétérogène, également à
l'échelle globale. La «charte eustatique» (Haq et al., 1987), même amendée plus tard, est une
nouvelle fois mise en défaut pendant ce court intervalle. Comme pour l'épisode précédent, la crise
séquentielle est suivie d'une uniformité de la reprise coniacienne de l'accommodation dans tous les
bassins (sous des faciès de dépôt différents), uniformité à nouveau interprétée comme le signe d'une
période de relaxation des contraintes inter-plaques. Un troisième épisode de même nature est
enregistré sur le plan sédimentaire au Santonien supérieur, suivi par une nouvelle phase de relaxation
au Campanien inférieur.
Dans le domaine téthysien, la totalité de l'intervalle est marqué par le changement de
déplacement de l'Afrique par rapport à l'Europe qui, d'Ouest-Est, devient, à partir du Santonien,
nettement Sud-Nord (Bosworth et al. 1999). Les données sédimentaires des marges sud et nord de la
Téthys semblent donc enregistrer ce mouvement de rotation qui procède, non pas de façon régulière,
mais par crises successives suivies de périodes de repos où la subsidence des marges reprend. De plus,
l'analyse séquentielle des remplissages sédimentaires des bassins, à plus grande échelle, montre que ce
processussyncopé se retrouve aux mêmes moments en dehors du domaine téthysien, par exemple dans
le bassin intérieur nord-américain.
La crise CfT s'accompagne d'une flexuration accentuée du bassin intérieur américain. La
marge africaine nord-atlantique (Maroc) a tendance à s'inverser temporairement en provoquant un
mouvement de bascule de la partie orientale du craton (Algérie, Tunisie), La trans-tension s'accentue
dans le bassin subalpin français où l'hétérogénéité séquentielle est particulièrement forte à petite
écbelle d'espace, etc. Dans le bassin intérieur nord-américain, une recrudescence du volcanisme
explosif dans la chaîne de Sevier, révélée par les nombreux niveaux de bentonites (Kauffman 1984) du
bassin du Western Interior qui se creuse, accompagne la crise.
L 'hétérogénéité séquentielle du Turonien supérieur, constatée sur les deux marges sud et nord
de la Téthys (Ferry et al. 2007), est corrélée avec une crise tectonique dans tout le système alpin s.l. :
mouvements verticaux localisés importants dans le bassin subalpin français, phase «anté-Gosau»
dans les Alpes centrales suivie d'une reprise de sédimentation coniacienne, inversion tectonique dans
l'offshore israélien (Gardosh & Druckman 2006), ennoyage définitif de la plate-forme levantine
préfigurant la collision est-téthysienne. Là encore cette crise est corrélée avec une recrudescencedu
volcanisme au large du système (niveaux de bentonites des bassins boréaux ouest-européens,
Deconincket al. 2007). Dans le bassin intérieur nord-américain, la flexuration cette fois ne reprend
pas; c'est plutôt une relaxation qui s'opère, vidange partiellement le bassin, décale les prismes
sableux côtiers et provoque le creusement de vallées incisées sur sa marge ouest.
Le passage Santonien-Campanien marque une crise majeure, semble-t-il de durée assez
courte, dans le système compressif alpin : vidange définitive de la fosse vocontienne subalpine W-E et
réorganisation paléogéographique de type «alpin» terminée au Campanien inférieur, plis antécampaniens du Dévoluy sur linéament décrochant, ennoyage brutal du Briançonnais alpin avec lauzes
turbiditiques campaniennes noyant une surface d'érosion majeure. Cette fois, rien n'est bien marquant
au plan séquentiel sur l'ensemble de la marge téthysienne africaine où le Campanien est marqué par
un nouvel approfondissement, modéré, dans tous les bassins après la tendance globalement régressive
15
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santonienne.
Les données disponibles suggèrent donc que la tectonique ne soit pas un processus continu
mais procède de façon discrète, sur des cycles à moyenne période; ceux-ci sont souvent interprétés en
stratigraphie séquentielle comme des cycles «eustatiques ». Mais les données sédimentaires - et
notamment séquentielles - sont encore trop disparates dans beaucoup de bassins mondiaux pour mettre
en évidence des lois générales permettant, entre autres, de vérifier ce concept d' eustatisme à moyenne
période utilisé par les stratigraphes séquentiels, ou de le remplacer par un mécanisme global purement
tectonique, comme le montre le cas du passageCff.
Cette synthèse montre qu'il existe probablement un lien entre séquences de dépôt sur les
marges, crises tectoniques, crises volcaniques et, peut-être, crises géochimiques. Différentes questions
se posent. 1. Y a-t-il également un lien avec le climat via le volcanisme, comme pour le
refroidissement Turonien supérieur mis en évidence dans différents bassins (Voigt & Wiese 2000,
Bornemann et al. 2008), refroidissement qui, semble-t-il peut être corrélé avec la crise tectonique
évoquée plus haut? P.R. Vogt (1979) l'avait suggéré en mettant en correspondance, au Miocène
moyen, une recrudescence de l'activité des principaux points chauds et du volcanisme explosif de
subduction avec une détérioration climatique majeure. Ou bien le climat terrestre est-il principalement
contrôlé par les variations d'activité solaire? 2. Les deux mécanismes, interne et externe, se
superposent-ils au cours des temps, avec pour résultat de compliquer l'analyse?
Cette synthèse plaide en faveur des études intégrées.
.'
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16
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ENREGISTREMENT DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES DANS LE BASSIN
BETIQUE AU V ALANGINIEN
Corinne FESNEAU*,**, Jean-FrançoisDECONINCK*, Miguel COMPANY***,
JOACHIMSKI****,
Emmanuelle PUCEAT*, José-Maria TAVERA***.
Michael
* Universitéde Bourgogne,UMR 5561 CNRSBiogéosciences,
6, BoulevardGabriel, 21000Dijon.
** Adresseactuelle: Université Henri Poincaré,UMR 7137 CNRS LIMOS, Boulevard des Aiguillettes, BP
239, 54506Vandœuvre-Lès-Nancy
* * * Universitéde Grenade,Departamentode Estratigraflay Paleontologfa,18002Granada,Espagne
* * * * Universitéd'Erlangen, Institute of Geologyand Mineralogy,91054ErlangenAllemagne'
Une succession de modifications de l'environnement s'est produite au Valanginien, en
particulier une crise de la biocalcification, une importante excursion positive du a13c et une période de
refroidissement global (Pucéat et al., 2003, Erba et al., 2004). L'enchaînement des événements n'est
pas encore clairement établi malgré de nombreuses études réalisées sur cet étage. L'objectif de notre
travail était donc d'apporter de nouvelles données afin de préciser les changements environnementaux
et de mieux comprendre leur chronologie et leur enchaînement. Pour répondre à la problématique,
notre intérêt s'est porté sur les sédiments valanginiens du bassin bétique dans la zone subbétique. La
méthodologie a consisté en l'étude des assemblages argileux et en la reconstitution des
paléotempératures du Valanginien grâce à la mesure de la composition isotopique des rostres de
bélemnites.
Les coupes étudiées se situent dans la zone subbétique externe, plus précisément dans la
région de Caravaca-Cehegin. Une partie des coupes se situe dans la sierra de Quipar et au niveau du
Rio Argos. La sédimentation correspond à des alternances marnes-calcaires. Les coupes sélectionnées
sont d'abord datées grâce aux ammonites puis corrélées sur ces basesbiostratigraphiques
Les assemblages argileux des sédiments du bassin bétique sont composés majoritairement de
kaolinite, d'illite, et d'interstratifiés illitelsmectite (IlS) avec des traces de chlorite ou de vermiculite/
smectite (Fesneau, 2008). L'étude de la minéralogie des argiles des sédiments du Bassin Bétique
permet de mettre en évidence des évolutions identiques entre les coupes de coupes de la Sierra de
Quipar et du Rio Argos. Une augmentation des teneurs en kaolinite, associée à une diminution des
teneurs en Ils est observable dans les sédiments à la fin de la zone à Pertransiens, pendant les zones à
Campylotoxus et Verrucosum et au sein de la zone à Peregrinus. Les baisses du niveau marin
enregistrées au Valanginien semblent être synchrones avec les haussesde kaolinite mesurées (Haq et
al., 1987; Hardenbol et al., 1998; Gréselle, 2007). Ces augmentations peuvent s'expliquer par un
rer:naniement de couvertures pédologiques riches en kaolinite ou une plus grande proximité des
sources d'apports.
Afin de reconstituer les paléotempératures du Valanginien des bélemnites furent récoltés dans
les cordillères Bétiques. Des échantillons furent prélevés sur chacun des individus, pour analyser les
isotopes stables du carbone et de l'oxygène. Les valeurs du a13c montre une excursion positive
commençant dans la zone à Campylotoxus. A partir des valeurs a180 des températures furent calculées
en admettant un a180seawater
de -1%0. Il semblerait qu'un refroidissement important se produise dans la
sous-zone à Biassalense. Celui-ci se poursuivrait, avec une ampleur moindre, jusqu'au sommet de la
zone à Peregrinus, pendant le maximum de l'excursion positive en a13c (figure 1).
.
Pour conclure un scénario peut être avancé pour expliquer ces changements environnementaux
au Valanginien. Le refroidissement et l'excursion positive semblent liée à une augmentation de la
productivité possiblement imputables à du volcanisme (volcanisme explosif, Paranà- Etendeka ?) et au
glacioeustatisme.
7
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Sous-zone
Zone
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Notreétude
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Figure 1: Evolution des températurescalculéesà partir des valeurs du 0180des rostres de bélemnites(notre
étude;McArthur et al., 2007; van de Schootbruggeet al., 2000) et des dentsde poissons(Pucéatet al., 2003)
issusde Téthysoccidentale.La courbereprésentela variation de la moyennemobile.
18
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19
HOW SPAT ANGOID URCHINS COPE WITH CLIMA TE CHANGES?
A LOWER CRETACEOUS CASE-STUDY
(TOXASTER AND RELATIVES, BERRIASIAN-APTIAN).
Eric FRANCOIS.
* Biogéosciences-Université
de Bourgogne,[email protected]
.-- Lower Cretaceous(Berriasian-Aptian)is a period under global Greenhouseclimate conditions
including an Upper Valanginian (Verrucosumbiozone) event of rough cooling. This cooling event
might have had a major effect on paleo-biodiversityas weIl as on evolutionary processes.The
irregular seaurchins Spatangoida,with a high diversity and a widespreaddistribution on Atlantic and
Tethys margins along the Early Cretaceous,is chosenas model taxa to examinethe impact of the
climate changeson benthic faunas through the proxy of global environmentalchanges.The Early
Cretaceousdiversification of spatangoidsis examinedin detailswith a specialemphasison the genus
Toxasterandthe Valanginiancooling episode.
Spatangoidsability of deploymentin variousenvironmentsis tied to morphologicalinnovations.
The morphological plasticity granted by thin individual shape adjustmentsthrough development
allowed Toxaster and relative species, to cape with moderate local environmental variations,
especially in term of sedimentationrate, sedimentfirming and food availability (on the surfaceor
within the sediment).The aptitudeof thesespatangoidsto face the influence of more radical changes
in benthic conditionsresults in selection(in the high morphologicalvariability of populations)and in
the displacementof settlement areas. A consequenceof the migration of settlementareas is the
difficulty to follow speciationprocesses.Thesepotential biasesthat may affect diversity estimations
highlight the necessityto perform biodiversity studiesafter a preliminary examinationof characters
variations within species,and at an appropriatetime scale (ammonite biozone or higher), to avoid
misinterpretations.Even in this frame, the restricted morphological innovation potential observed
along speciesevolution restrainsto derive proxiesof environmentalchanges(including climate).
However, the evolution of species richness is partially rythmed by the successionof: 1)
diversification phaseswith enhancedendemismtied to a strong environmental differentiation; 2)
phasesof low diversity with few widespreadspecies.Ranging of speciesdistribution results from
potential communicationsbetweenAtlantic and Tethys shelves,overprinted by latitudinal gradients
(clearly appearantby a faunal differentiationbetweenNorth Gondwanaand SouthEurasia).Platforms
development-drowning and oceanic circulations have contributed to Toxaster evolution by
fragmentation or homogeneizationof environmentalconditions into areas potentialy suitable for
settlement.
Whereaslong term climate changesweakly influencedthe evolutionaryhistory of the taxa, high
frequencyvariations of the sedimentarydynamic (tenths to hundredsof thousandsyears, partially
indebtedto high frequenciesclimate changes)may explain most changesof regional population
dynamic, a major cille of the Spatangoidaevolutionary processesand diversity contrai along the
Lower Cretaceous.
Diversité observéechez desRhynchonellesasymétriques,brachiopodesdu
Coniacien-Santoniendes plateformes carbonatées: Nord Castillane (N. Espagne),
Mouthoumet et Provence(SE. France)
Danièle GASPARD*
*Universqité de Paris-Sud,FacultédesSciencesd'Orsay,DépartementdesSciencesde la Terre,Bât. 504,
F-91405ORSAY Cedex.gs.gasQard@orange
et [email protected]
De longuedate les rhynchonellesdu Crétacé,à commissurefrontale asymétriques,ont été
considéréescommeappartenantà l'espèce« Rhynchonella»difformis Val. in Lamarck.Si après
une révision du genreCyclothyris,Owen (1962) décidad'inclure les spécimensdu Cénomanien
d'Europe dansl'espèceCyclothyris difformis, le problèmen'est pourtantpasentièrementrésolu
puisquetout au long du Crétacéseretrouventde tels représentants
asymétriques.Notre attention
se porteraprincipalementici sur desreprésentants
de formationsdu Coniacien-Santonien
sur la
plate-forme du massif du Mothoumet (Bilotte, 2007) comparés à ceux de la plateforme
Castillane(Floquet, 1991),eux-mêmesconsidérésen parallèle avec des représentantslocalisés
en Provence(S.E. France). Cette comparaisonentraînerade facto la prise en considération
ultérieuredes« Rh. » globata Arnaud du CampanienGaspard& Odin, 2001).
La stratigraphierégionaleet l'évolution paléogéographique
sont prisesen compteen se
basantsur destravaux ancienset plus récents,en ne citant que quelquesauteursdont: Babinot
et al (1984), Kennedyet al. (1995), Olivet et al. (1996),Grosheny(1986), Floquet(1991),Philip
(2005), Vasseur (1894), Hennuy & Floquet (2006), Skelton (2006) pour restituer ses
rhynchonellespar rapportaux différentesplateformes.
Suite aux observationsmorphologiques,externes,internes..., il est apparuunetrès grande
diversité au sein de cesrhynchonellesasymétriquesdont la commissurefrontale est par ailleurs
« déhanchée», tantôt à gauche tantôt à droite, dans une proportion avoisinant 50%. Ces
observationsentraînentde nouvellesattributionsau niveaugénériqueet spécifique.
La diversité observée,parmi ces brachiopodes,révèle des taxa vivant de préférenceen
situation externe de plateformescarbonatées.Ces brachiopodessont des animaux invertébrés
marins benthiquesfixés sur des supportsde nature et de taille variées. Il s'agit d'organismes
filtreurs en ce qui concerneleur nourriture.Leurs relationsavecle milieu et avecle substratsont
pris en ligne de compte.De façon générale,les brachiopodessont connuspour préférerles eaux
claireset les milieux plutôt calmes.En comparantles populationsde Rennes-les-Bains
(Marnes
à Micraster par exemple à ceux de Villamartin* (Nidaguila formation) en situation infra à
circalittorale avec une ornementationà côtesfines, à ceux de Provenceavec de fortes côteson
peut concluredansle derniercasà un plus fort hydrodynamisme...
Ainsi, les rhynchonellesobservéesdansle présentcontexteen plus d'une grandediversité
de morphologie globale externe et interne montrent une ornementationqui peut fournir des
caractèresdiscriminantsmais aussid'autres en relation avec le milieu environnant.Ils peuvent
permettred'approcher ou d'apprécier une profondeurde milieu, un niveau d'énergie et, sans
douteaussi,servir d'élément complémentaired'appréciation de proximité de rebordexternede
plateforme
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THE MID-CENOMANIAN EVENT lN SOUTHEASTERN FRANCE:
EVIDENCE FROM GEOCHEMICAL AND PALEONTOLOGICAL DATA
Fabienne GIRAUD*, StéphaneREBOULET*, André CARPENTIER*
* UniversitéLyon
PEPS,UMR 5125,69622 Villeurbannecedex,France;([email protected])
The CenomanianTuronian boundaryis characterizedby a global anoxic event: the OAE 2, having
a strongimpact on the marine faunaand flora. The OAE 2 is preceded(-2 Myrs) by a minor event:the
"Mid-CenomanianEvent" (MCE) definedby Coccioniand Galeotti (2001). This event,presentbath in
Boreal and Tethyan domains, is characterizedby two small stable carbon (Ô13C)isotope positive
excursions(Paul et al., 1994; Gale, 1995; Mitchell et al., 1996; Jarvis et al., 2001, 2006). The first
peak(+ 0,5%0)correspondingto the MCE la (Jarviset al., 2001, 2006) startsin the Cunningtoniceras
inermeammoniteZone, and is associatedto a lowstandsystemtract (Gale, 1995).The secondpeak(+
0,7-0,8%0)correspondsto the MCE 1b (Jarvis et al., 2001, 2006) and starts at the base of the
AcanthocerasrhotomagenseZone. It is associatedto a transgressivesystem tract (Gale, 1995;
Mitchell et al., 1996).This event is also characterizedby a cooling of marine watersof 2°C (Voigt et
al., 2004), and by changesin planktonic (foraminifers and radiolarians),nektonic (ammonoids)and
benthic (foraminifers) assemblages
(Paul et al., 1994;Erbacheret al., 1996;Mitchell and Carr, 1998;
Coccioni and Galeotti, 2003). Theseschangescould reflect an increasein primary productivity related
to glacioeustaticvariations. Biotic changeswere examinedin sectionsof the Umbria-MarcheBasin
(Italy), howeverthesesectionsare generallycondensedand not weIl dated.
ln the Vocontian basin (southeasternFrance), the Cenomanianis representedby very thick
succession,ri ch in macrofauna(in particular ammonoids)allowing the establishmentof a detailed
chronostratigraphicframework.
The aim ofthis work is 1) to establisha detailedstratigraphicframeworkwith bath ammonoidsand
carbon-isotopevariations in order to attestor not the presenceof the MCE in the southeasternFrance;
2) to depict if particular paleoenvironmentalconditionsprevailing during this event are recordedby
calcareousnannofossilsand macrofauna,and 3) to determinethe trophic conditionsduring this event.
The Blieux section (Alpes de Haute-Provence),located in the southernmargin of the Vocontian
basin is in a key position to record paleoenvironmentalchangesbetweenproximal areas(platform
environments)and the pelagic realm (open marinewater column). It was selectedfor this study.This
sectionwas alreadystudiedfor the OAE Id (Niveau Breistroffer) (Giraud et al., 2003; Rebouletet al.,
2005).ln the Blieux section,the Cenomanianis representedby 5 limestone-marlbundlesseparatedby
large marly intervals. Quantitative analyses (geochemistry and calcareous nannofossils) were
performedon a restrictedinterval from bundle3 to bundle 5.
The study of ammonoids allows to establish a biozonation for aIl the section. The Early
(mantelli/dixoni Zones) and the lower part of the Middle Cenomanian(inerme and rhotomagense
Zones)arerecognized.
Carbon-isotope variation determined from bulk carbonate sediments shows two positive
excursions.Carbon isotope values increasefrom the baseof the AcanthocerasrhotomagenseZone,
rising by + 1%0Ô13Cto form a marked positive excursionwith a value of 1.5%0(Mid-Cenomanian
Event la) in the bundle 4. Values fall to a trough at the end of the bundle 4. Carbon-isotopevalues
then begin a long-termrise within the A. rhotomagenseZone with maximum valuesaround2 %0.This
secondexcursionwhich could correspondto the Mid-CenomanianEvent 1b is more extensivewith
respectto the secondexcursionrecognizedin other sectionsfrom the Anglo-Paris basin (Paul et al.,
1994; Jarvis et al., 2006). This could be due to higher sedimentationrate in particular for marlydominatedintervals in the Blieux section.Moreover, dilution by terrigenousand detrital carbonate
inputsderivedfrom adjacentplatforms couId also explain the low abundancesof bath microfaunaand
macrofaunarecordedin this section.
Distinctive patternsin nannofossilassemblages
and macrofaunacompositionare also recognized.
Mesotrophic and stable conditions prevailed before the first positive excursion of Ô13Cwhereas
unstablepaleoenvironmentalconditions shawnby a reducedplanktonic productivity characterizedthe
base.of the excursion. The interval correspondingto the second positive excursion of Ô13Cis
23
characterizedby a recoveryof the planktonic productivity suggestingmore stablepaleoenvironmental
conditions. ln the interval correspondingto the MCE, the abundanceand the diversity of the
ammonoidfauna decreasewith respectto the lower interval. However,this decreasecan reflect a bias
in the sampling(thick and massivelimestonesare difficult to sample).Ammonoid assemblages
record
major changesin their compositionafter the secondpositive excursion.Before and within the interval
correspondingto the first positive excursionof 813C,the ammonoidfauna is dominatedby planispirals
(mainly Schloenbackiidaeand few Acanthoceratidae).The rest of the fauna is representedby
heteromorphswhich are relatively well-diversified (Scaphitidae,
Turrilitidae, Hamitidae).ln the bundle
5, after the second positive excursion of 813C,heteromorphsconstitutes 50% of the ammonoid
as,$emblages
and are dominatedby Baculitidae (Sciponoceras,orthoconic forfis). ln the Anglo-Paris
basin, the limestonesoverlying the second positive excursion in 813Calso contain a macrofauna
dominatedby the orthoconeammonoidSciponoceras(Paul et al., 1994).
ln the Vocontian basin, the Mid-CenomanianEvent is weIl recordedand associatedwith major
paleoenvironmentalchangesas evidencedby distinctive patternsin carbon-isotopevalues,calcareous
nannofossilsand ammonoid assemblages.ThesechangescouId be related to sea level and climatic
conditionsvariations.
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17 p.
24
L'ASYMETRIE DU GRADIENT DE TEMPERATURE DES EAUX OCEANIQUES
SUPERFICIELLES SOUS UN CLIMAT A EFFET DE SERRE: LE TEMOIGNAGE
DES KYSTES DE DINOFLAGELLES DE L'ALBIEN TERMINAL
Edwige MASURE* et Bruno VRIELYNCK**
* UMR-CNRS 5143,Université Pierreet Marie Curie-Paris6,case104,4 placeJussieu,Paris,F-75005,
[email protected]
** UMR-CNRS 7072, Université Pierre et Marie Curie-Paris6,case 129, 4 place Jussieu,Paris, F-75005,
[email protected]
Les dinoflagellés sont des algues unicellulaires mobiles thermophiles. Leurs répartitions
biogéographiquesle long des latitudessont contrôléespar leurstempératureslimites de vie. Au cours
du cycle annuel,les cellules planctoniquesproduisentdes kystesde résistances.Ce sont les paroisde
ceskystes,les dinokystes,que le paléontologisteretrouvedansles sédiments.Les dinokystesreflètent
la répartitionbiogéographiquedescellulesmèresplanctoniques.De nosjours, les espècesd'eau froide
att.eignentdes latitudesplus bassesdansl'HémisphèreSud que dans l'HémisphèreNord car les eaux
superficiellesdes hauteslatitudes de l'HémisphèreSud sont plus froides que celles de l'Hémisphère
Nord (Marret and Zonneveld,2003). Les kystesdesespècesquaternairescantonnéesaux eauxchaudes
et aux eaux froides suivent le gradient de températuredes eaux océaniquesde surface(Masureand
Vrielynck, accepté).Utilisés comme « proxy» les dinokystes peuvent témoigner des gradientsde
températurequi prévalaientaux coursdu Mésozoïqueet du Cénozoïque.
Une synthèsedesdonnéesde 50 ansde littératuresur les dinokystesde l'Albien terminal a été
entrepriseafin de préciserles limites des provinceset d'estimer le gradient de températuredes eaux
superficiellesdu proto-Atlantique sur les deux hémisphères(Masureand Vrielynck, accepté).Pour ce
faire une base de donnéesa été créée, elle est gérée par le systèmed'information géographique
« ArcGis ESRI software». Le fond de carteutilisé représentela paléogéographiedescontinentset des
océans à 100 Ma. Quatre vingt six articles ont été dépouillés et trente sept espècesont été
sélectionnéespour leurs intérêts biogéographiques.Les sites sont composésde coupesà terre et de
foragesocéaniques(ODP et DSDP). Ils se répartissententre 75°N et 700Set se situenten Europe,au
Groenland,en Chine, en Amérique du Nord et du Sud,en Afrique, en Australie et en Antarctique.
Sousclimat à effet de serre,il est établi que les gradientsde températuredeseauxocéaniques
de surface étaient plus faibles que sous climat glaciaire. Au Crétacémoyenles données
paléontologiquessur les ammonitespermettentde reconnaîtredans l'HémisphèreNord trois grandes
provincesbiogéographiques,la téthysienne,la boréaleet l'arctique (Owen, 1973;Owen, 1983;Owen,
1996).Les foraminifèresplanctoniquesdélimitentégalementtrois provinces(Hart, 2000).
Les provinces biogéographiquessont détectablespar la présenceou l'absencede quelques
espècesraresà géographierestreinteou par traitementstatistiquedesespècescosmopolites(Streetand
Bown, 2000; Wall et al., 1977).Les donnéesnumériquesdisponiblesdans les publicationsanciennes
sont hétérogèneset incomplèteset ne permettentpas un traitement statistique.Pour ces raisons,les
espècesrares ont été préférées.Les dinokystes téthysiens de l'Hémisphère Nord et Sud ont été
regroupéssur la mêmecarte. Il en a été fait de mêmepour les dinokystesdu domaineboréal et ceux
présentsdansl'HémisphèreSud,pour les dinokystesdu domainearctiqueet pour ceux cosmopolites.
Les dinokystesdes différentesprovincesbiogéographiquesprésententdes limites cohérentes
de répartition le long des latitudes et définissent7 ceintureslatitudinalesdu Pôle Nord au Pôle Sud.
Les dinokystes téthysiens des masses d'eau chaude atteignent de plus hautes latitudes dans
l'Hémisphère Sud que dans l'Hémisphère Nord et affrontent les dinokystes des massesd'eau plus
froide entre 40-45° N et 60-700S. L'extension vers les hautes latitudes de l'Hémisphère Sud des
espècesrestreintesaux massesd'eau chaudedémontreque le gradientde températureméridionaldes
eaux superficielles était asymétrique sur les deux hémisphèreset que les hautes latitudes de
l'HémisphèreSud étaientplus chaudesque celle de l'HémisphèreNord. La différencede température
entre les massesd'eau superficiellesdes hauteslatitudesdesdeux hémisphèresest estiméeà 4°C. Le
mélangedesespècesd'eau chaudeet plus froide sur 20° de latitude dansl'HémisphèreSud(500-700S)
suggèreun mélangeimportantde la colonned'eau.
27
Pour la premièrefois desdonnéespaléontologiquesdémontrentque le gradientde température
des 'eaux de surface est asymétriquesous climat à effet de serre comme sous climat glaciaire. Ce
résultatest confronté aux gradientsde températureproposésen latitude absolue(Pucéatet al., 2007),
sur les deux hémisphères(Takashima et al., 2006) et aux simulations climatiques obtenuespar
différentsmodèles(Donnadieuet al., 2006;Haupt and Seidov,2001).
Références
28
COMMENT ESTIMER LES LIMITES DE TEMPERATURE DE VIE DU
MICROPLANCTON CENOZOÏQUE ET MESOZOÏQUE: UNE PROPOSITION
Edwige MASURE* et Bruno VRIELYNCK**
* UMR-CNRS 5143,Université Pierreet Marie Curie-Paris6,case104,4 placeJussieu,Paris,F-75005,
[email protected]
** UMR-CNRS 7072, Université Pierre et Marie Curie-Paris6,case 129, 4 place Jussieu,Paris, F-75005,
[email protected]
Les facteurs qui contrôlent la répartition géographiquedu microplancton marin sont la
température,la salinité et les nutriments. La températuredes massesd'eau océaniquecontrôle et
contrôlait la répartition des espècesthermophilesdans l'Océan Actuel comme dans les Océansdu
Cénozoïqueet du Mésozoïque.
La répartition géographiquedeskystesde dinoflagellés(dinokystes)modernesmontreque les
espècesthermophilessont contraintesà desceinturesclimatiqueslatitudinales(Marret and Zonneveld,
2003). Ces espècessuivent le gradient de températuremodernedes eaux océaniquessuperficielles
(Masure and Vrielynck, accepté).A l'échelle des deux hémisphères,la caractérisationdes espèces
thermophiles mésozoïqueset cénozoïquesà répartitions restreintes le long des latitudes devrait
permettre une représentation qualitative des gradients de température des eaux océaniques
superficiellessousclimats à effet de serreet climats glaciairesanciens.
Une tentative a été menéeà l'aide d'un systèmed'information géographiquecouplé à une
banquede donnéessur les kystes de dinoflagellésde l'Albien. Elle a permis de synthétiser50 ansde
littérature. La répartition à l'échelle des deux hémisphèresdes dinokystes a mis en évidencedes
espècesrestreintesà certaines latitudes. Les mêmes espècesobservéessur les deux hémisphères
définissentles ceinturesclimatiques.Les espècesthermophilesdélimitent septceinturesclimatiquesde
75°N à 700S,et bornent deux zonestamponsoù les espècesd'eau chaudeet d'eau plus froide se
mélangent(Masureand Vrielynck, accepté).Les espècesrestreintesaux massesd'eau téthysiennedes
basseset moyenneslatitudes ont une répartition latitudinale asymétriquesur les deux hémisphères.
Ces espècesd'eau chaude atteignaient 45° de latitude dans l'Hémisphère Nord et 60° dans
l'HémisphèreSud.
Afin d'évaluer les températureslimites de vie des dinoflagellés, les températuresestimées
d'aprèsles isotopesde l'oxygène desdentsde poissonont été utilisées;en l'absencede courbeétablie
pour l' Albien terminal, c'est celle du Cénomanienqui a étéutilisée (Pucéatet al., 2007, Fig. 2A). Les
valeursdestempératuressont représentées
en fonction des latitudesabsolues,31°C à 10°, 28°C à 25°
et 24°C à 40°.
L'asymétrie de répartition des espèces téthysiennes sur les deux hémisphèreset la
représentationdesvaleursdestempératuresen regarddeslatitudesabsoluesnousa conduit à appliquer
séparémentces valeurs sur les deux hémisphères.Les températuresont été reportéesle long des
latitudes de 1'Hémisphère Nord en regard des ceintures climatiques définies par les dinokystes
thermophiles.Les températureslimites desceinturesclimatiquesde l'HémisphèreNord ainsi calibrées
sont transféréessur les limites des ceintures équivalentesde l'Hémisphère Sud. En raison de
l'asymétrie de répartition des espècestéthysiennesla courbede températuresur les deux hémisphères
est asymétrique.
Les valeursdestempératuresestiméesd'aprèsles dentsde poissonet celles desforaminifères
ptanctoniquesà 600S(Huber et al., 1995)ont été alignéesle long des latitudesde l'HémisphèreSud.
Les températureslimites des ceinturesclimatiquesainsi calibréessont transféréessur les limites des
ceintureséquivalentesde l'HémisphèreNord. La courbedestempératuressur les deux hémisphères
est
asymétriqueet dansce cas les températuresdansl'HémisphèreNord sontplus faibles.
Une classification paléoécologiquedes dinoflagellés du Crétacémoyen est proposéesur le
modèledes classificationsdu planctonvivant (Wall et al., 1977).Elle préciseles températureslimites
de vie des espècesendémiqueset cosmopoliteset leurs préférencesde vie pour les environnements
lagunaires,côtiers,néritiqueset ou océaniques.
La méthodologiedéveloppéeici peut être appliquéeà tout groupe microplanctologique.Il
suffit de connaîtrela répartition des espècesthermophilesle long des latitudeset de placer en regard
29
les valeurs des températuresestiméesd'après les isotopes de l'oxygène. Cette démarchedevrait
permettre de suivre, au cours du Mésozoïque et du Cénozoïque,le déplacementdes ceintures
bioclimatiqueset de saisir ainsi avecplus de véracitéles variationsclimatiquesglobales.
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30
CARACTERISA TI ON FACIOLOGIQUE ET SEDIMENTOLOGIQUE DES
FORMATIONS BIOCONSTRUITES DU BARREMIEN INFERIEUR DANS LE
VERCORSMERIDIONAL
Chloé MORALES'a, Didier QUESNE' et Emmanuelle VENNIN'
'UMR 5561Biogéosciences.Université de Bourgogne- 6 Bd Gabriel - 21000 Dijon - France.
[email protected],
[email protected],
emmanuelle.
[email protected].
Quelssont les facteursà l'origine desvariationsde sédimentationdansles dépôts
carbonatésdu Vercorsméridional au Barrémieninférieur?
Les affleurements du Barrémien inférieur (Formation des Calcaires de Glandasse)sont
caractériséspar des dépôtsbioclastiquess'inscrivant dans le développementde la plate-formeJuraBas Dauphiné(dite Urgonienne).
Cependant,le rôle des différents facteursde contrôle de la sédimentationresteà préciser,en
particulier les facteurs allostratigraphiques(variations du niveau marin et tectonique active). Des
bioconstructionsà madréporairesayant été remarquéesdans la Formation de Glandassepar certains
auteurs(Quesne, 1998; Laser et Ferry, 2005) mais n'ayant jusqu'à présentpas fait l'objet d'étude
précise,ce travail s'est attachéà décrire les modalitésde leur installation, leur développementainsi
que leur répartition dans le but de caractériserprécisémentles environnementsde dépôt et leur
évolution.L'étude a concernéles membresBi5 et Bi6 selonArnaud, 1981(et plus particulièrementles
sous-membres
Bi5-2, Bi6-1 et Bi6-2).
Les coupeset les panoramasréalisés,ainsi que l'étude des micro et macrofacièsont montré
que l'installation et le développementdes bioconstructionsse sont produits dans un environnement
relativementprofond (Offshore supérieur) en domaine de rampe externe. Les bioconstructionsse
présententsousforme de biostromesd'une dizainede mètresde large et d'une hauteurmoyenned'un
mètre. Dans le secteur étudié, la plate-forme Urgonienne s.l. avait une géométrie de rampe
d'orientationNW ISE, aucunrelief capabled'isoler un milieu protégén'a pu être identifié.
Des géométriesd'onlaps divergentstémoignantd'une activité tectoniquesynsédimentaireen
extension ont été remarquéesdans Bi6-1. Des variations d'accommodationà l'échelle de l'unité
génétiqueont étéobservées:Bi5-2 s'inscrit dansunetendanceprogradantealors que Bi6-1 et Bi6-2 se
sont déposésen rétrogradation.Les changementsde sédimentationinduits par ces variations de
l'espacedisponiblesemblentalors avoir desfacteursde contrôledifférents durantBi5 et Bi6. En effet,
dans le secteurétudié, la tectoniqueparaît être inactive pendantle dépôt de Bi5 ; en revancheelle a
générédesaugmentationsde subsidencependantle dépôtde Bi6-1. Ce mêmecontrôletectoniquea pu
intervenir pendantla sédimentationde Bi6-2, ce qui pourrait expliquer l'évolution rétrogradantedes
faciès,maiscetteétudene permetpasde le mettreclairementen évidence.
Les bioconstructionsse sont donc révéléesêtre desindicesmajeurspour la compréhensiondes
modalités de dépôt de la Formation des Calcairesde Glandasse.Leur étude a permis de montrer
l'existencede variationsd'accommodationà petite échelle(4 ou 5ème
ordre) au Barrémieninférieur.
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a Facultédesgéosciences
et de l'environnementde Lausanne,Institut de géologieet de paléontologie,bâtiment
Anthropole, CH-1 0 15 Lausanne (Suisse).
31
DISTRIBUTION DE LA MA TIERE ORGANIQUE DANS DES FACIES LACUSTRES
ET LAGUNAIRES DU BERRIASIEN (DURLSTON BAY ET LULWORTH COVE,
DORSET,ANGLETERRE):UNEREPONSEPALEOENVIRONNEMENTALE
LOCALE A UN FORÇAGE CLIMATIQUE « GLOBAL»
Johann SCHNYDER *, François BAUDIN *, Jean-François DECONINCK **
. UniversitéPierre et Marie Curie-Paris6,CNRSUMR 7072, casepostale 117, 4, pl. Jussieu, 75252Paris
Cedex05, France.
** Universitéde Bourgogne,CNRS,UMR 5561Biogéosciences,
6, bd Gabriel 21000 Dijon, France
Dans le Dorset, (Sud de l'Angleterre), les coupesde Durlston Bay et Lulworth Cove exposent
desfacieslittoraux (marinset continentaux),parfois évaporitiques,datésdu Crétacébasal(Berriasien).
Un intervalle riche en matière organiqued'une vingtaine de mètresd'épaisseurest reconnudansles
deux coupes.Dans cet intervalle, certainsniveaux présententdes teneursen carboneorganiquetotal
(COT) pouvant atteindre 8,5 % (pourcentagepondéral) et des index d'hydrogène (IR) pouvant
atteindre956 mg HC/g COT (matièreorganiquede Type 1).Les palynofacièsrévèlentque cesniveaux
renfermentdesflocons de matièreorganiqueamorphe(MOA) bien préservéset/ou à desalguesd'eau
douce à saumâtresde type Botryococcus.Cette accumulationde matière organique résulte d'une
augmentationimportantede la productionalgo-bactérienneet/ou du développementde l'anoxie ou de
la dysoxie dansdes milieux côtiers lacustreset lagunairesen périodede bas niveau marin relatif. De
manièresurprenante,l'intervalle stratigraphiqueriche en matièreorganiquecoïncideavecune période
de transition entre deux régimes climatiques au Berriasien. Dans la région du Dorset, une phase
climatique sèche est enregistréedu Jurassiqueterminal (Tithonien terminal) jusqu'au Berriasien
moyen. Elle est remplacée au Berriasien supérieur par un climat plus humide. Cette variation
climatique est en fait un événementimportant de grande extension paléogéographique:elle est
enregistréeen de nombreux sites sur les deux margesde la Téthys, autour de la limite JurassiqueCrétacé.Dansle Dorset,le dépôtde sédimentsenrichisen matièreorganiquesemblecorrespondreà un
moment où le climat devient peu à peu plus humide, ceci étant probablement associé à un
accroissementrelatif des apportsd'eau doucealimentantles domaineslacustreset de lagonscôtiers.
Le dépôt de sédiments riches en matière organique prend fin lorsque le climat devient très
sensiblementplus humide au Berriasien supérieur.Ceci suggèreun contrôle climatique direct ou
indirect sur la productivité primaire et/ou l'établissementde massesd'eau anoxiquesou dysoxiques
dans les lacs et lagons côtiers. Un modèle de dépôt est présenté,qui lie production primaire et
préservationde la matière organique,avec un changementdu régime hydrologique dansces milieux
(Schnyderet al., in press).C'est un bon exempled'évolution paléoenvironnementale
très locale sous
contrôlede facteursforçantsclimatiques« globaux».
Schnyder,J., Baudin, F., Deconinck,J .-F. (in press).Occurrenceoforganic-matter-richbedsin Early Cretaceous
coastalevaporiticsetting(Dorset,UK): a link to long-termpalaeoclimatechanges?CretaceousResearch.
33
ENVIRONMENTAL CHANGE NEAR THE BARREMIAN/APTIAN BOUNDARY:
THE RA WIL MEMBER OF THE SWISS HEL VETIC ALPS
Melody STEIN*, Thierry ADATTE*, Virginie MATERA**, Dominik FLEITMANN***,
Karl B. FÔLLMI*
Nicolas FlET'
* [email protected];Institut de géologie et paléontologie, Université de Lausanne,Anthropôle, 1015
Lausanne,Switzerland.
** Institut de géologie,Université de Neuchâtel,Rue Emile Argand Il, CP 158,2009Neuchâtel,Switzerland.
*** Instituteof GeologicalSciences,University of Bern, Baltzerstrasse1-3,3012 Bern, Switzerland.
* * * * AREVA, 33 rue La Fayette,75009Paris,France.
ln the future helvetic alpine realm representativeof the northem Tethyan margin, the Late
Barremianis characterizedby the onsetin the depositionof Urgonian-type,predominantlyphotozoan,
shallow-waterplatform carbonates(lower Schrattenkalkmember). During the earliest Aptian, the
developmentof the Urgonian carbonateplatform was perturbedby an increasein detrital input leading
to the depositionof the so-called"Lower Orbitolina Beds", which were recently baptizedas Rawil
Member.This memberincludesa shallow-water,marl- and sand-bearingsuccessioncontainingwood
fragments.Thesesedimentsare dominatedby heterozoancarbonates.
We study the paleoenvironmentalconditions,which led to the depositionof the Rawil Member,and
sarilpledthree representativeoutcrops(Lopper, Pilatusand Santis)in the helvetic thrust-and-foldbelt,
in the northernpart of the Alps. We measuredphosphorus(P) contents,carbon-isotopecompositions
and trace-metals(TM) contents, and establisheda detrital index (DI) based on XRD analyses.
Preliminary results suggestthat P contents in these three sectionsthrough the Rawil memberare
slightly enrichedin P relative to the under- and overlying sedimentsof the SchrattenkalkFormation.
We relatethis increaseto the associatedincreasein detrital material.ln the studiedsections,a positive
correlation cao be seen between detrital influx, phosphorusconcentrationsand the occurrenceof
Orbitolinid rich beds.
With regardsto the whole-rock stable-carbonisotoperecord, in the Lopper section,the lowestvalues
appearin the top beds of the lower SchrattenkalkMember. We correlatethis negativeexcursionof
around-1%0with an excursionestablishedfrom sectionsin SE Franceand datedas latestBarremian.
Basedon this correlation, we confirm a latest Barremianage for the lower SchrattenkalkMember,
whereasthe onsetof the Rawil Member datesas earliestAptian. Further carbon-isotopeanalysesare
underwayin orderto corroboratethis correlation.
TM (V, Co, As, U, Mo) distributions show patternssimilar to those displayedby DI suggestingthat
TM
contributions
are
related to
detrital
input
under
oxic
conditions.
ln summary,the detrital influx, the slight enrichment in P, the presenceand local abundanceof
orbitolinids suggesta depositional environmentfor the Rawil Member in a mesotrophocshallowplatform with intermittent high-energyconditionsand episodesof increaseddetrital and nutrient input
from the land.
35
INFLUENCE DE LA TENEUR EN CO2DE LA PALEOATMOSPHERE SUR LE
DEVELOPPEMENTDESGRANDESALTERATIONSCRETACEES:APPROCHE
PAR LA SIMULATION GEOCHIMIQUE.
MédardTHIRY
(1)
(2)
(1),
Régine SIMON-COINÇON (1)et Jean-Michel SCHMITT (1)(2)
Mines ParisTech, Géosciences, 35 rue St Honoré, 77305 Fontainebleau et CNRS-UMR 7619 Sisyphe
"Structure et fonctionnement des systèmeshydriques continentaux" - [email protected]
actuellement AREV A NC/Business Unit Mines, Direction des Géosciences, Tour AREV A - 0515A, 1,
place Jean Millier, 92084 PARIS LA DÉFENSE CEDEX
Problématique
Les caractéristiqueset la rapidité de l'altération desrochesdépendentde plusieursfacteursdont
la nature de la roche-mère,les conditions de drainageet le contexte climatique. Il en résulte une
grandevariété des profils d'altération. Il a été établi depuis longtempsune relation entre nature et
importancedesaltérationset grandeszonesclimatiques.Aussi, les reconstitutionsdesclimats du passé
se basent essentiellementsur une approche "actualiste" de l'interprétation paléoclimatique des
paléoaltérations.
Les paléoclimats du Crétacé ont longtemps fait débat et l'interprétation des grandes
paléoaltérationskaoliniques de cette période en constituait un argument majeur. En effet, la
distribution latitudinale des paléoaltérationskaoliniques et ferrugineusesau Crétacé,des tropiques
jusqu'en Scandinavieet au bouclier canadien,avait conduit à considérerque des climats chaudset
humides régnaient à cette époque sur l'ensemble du globe avec très peu de différentiations
latitudinales. Ces interprétations climatiques étaient en contradiction avec les données
paléontologiques(surtout floristiques) et l'interprétation de figures sédimentairesliée à des glaciers
(Price, 1999).Les donnéesisotopiquesrelativesà la compositionde l'atmosphèredurant le Crétacé
ont considérablementenrichi le débat sur le paléoclimat.Il est reconnu que les teneursen C02 de
l'atmosphèrepouvaient être jusqu'à 10 fois supérieuresaux teneursrécentes(Berner & Kothavala,
2001 ; Bornemannet al., 2008). Si la teneur en C02 de l'atmosphèrecontrôle indubitablementle
climat, son effet sur la géochimiede l'eau de pluie, et par-là son effet sur les altérationset les solsest
beaucoupmoins souventétudié. Nous nous proposonsd'examiner certainsaspectsde l'influence du
C02 sur les altérationset de reconsidérerla natureet la distribution des grandespaléoaltérationsdu
Crétacéinférieur/moyenà la lumière de cesdonnées.
Modélisationgéochimique
Différents modèles géochimiquespermettentde simuler les réactions entre un fluide et une
phasesolide.Deux modèlesont été utilisés dansle présenttravail, le code "React"de Bethke(1992)et
le code "Chess" de van der Lee (1998). Dans ces modèles,une roche de composition donnéeest
représentéepar un assemblagede minéraux et la composition du fluide réactif est définie par la
concentrationdes espèceschimiques dissouteset/ou par la pression partielle des gaz dissous.La
simulationd'un profil d'altération peut être obtenuepar la percolationd'un volume défini de solution
d'altération
à travers
d'une
quantité
définie d'une
rochemère
(ici
granite). de 45% de quartz,25%
" Le granite
utilisé
dans
les simulations
est représenté
par
unun
assemblage
de feldspathpotassique,20% de plagioclase(albite et anorthite)et 10%de biotite (annite+ phengite).
La solution d'altération a une compositioncomparableaux analysesdeseaux de pluies actuelles.Elle
contient des traces de Na+, K +, CI-, Si02 et S04--. La composition chimique présuméede
l'atmosphèrecontraint la fugacité des gaz dans la solution d'altération. Toutes les modélisationsont
été conduites à 25°C. A cette températurel'anorthite est instable et le programmela transforme
immédiatementen prehnite pendant le calcul initial de l'équilibre avec la solution, avant que la
réactionde simulation débute.En fin de simulation, 120kg d'eau de pluie ont été percolésà travers 1
g de granite.
Ainsi, la modélisationgéochimiquepermetd'évaluer l'effet de la compositionde l'atmosphère
sur le développementdes profils d'altération (Schmitt, 1999).La simulation du développementd'un
profil d'altération par percolationd'eau de pluie en équilibre avecla pC02 de l'atmosphèreactuelleet
37
celle d'une eau en équilibre avec unepCO2 dix fois supérieure(commecelle estiméepour certaines
périodesdu Crétacé)(Berner& Kothavala, 2001).
Altération d'un granite dans les conditions actuel/es
Pour les conditions actuelles d'altération, la simulation a été conduite avec une fugacité
d'oxygène dejO2=0,2 et une fugacité de gaz carboniquejCO2=10.3,s.
Cette simulation simplifiée de
l'altération d'un granite sous les conditions actuellesa été conduite et discutée dans le but de la
comparerau paléoprofil qui sera examinéultérieurement.Les résultatssont présentésen donnantla
compositionminéralogiquede la roche en fonction de l'avancementde la réaction(quantitéd'eau de
pluie percolée)(Fig. la). On distingueles étapessuivanteslors desprocessusd'altération:
0) au stadeinitial de l'altération, le plagioclaseainsi que le constituantannite de la biotite sont
dissouset remplacéspar de la muscoviteet une smectiteferrifère (nontronite);
1) de 0 à 0,12 de l'avancementde la réaction,le feldspathpotassiqueet la phengitesont détruits
et essentiellementremplacéspar la muscovite;
2) de 0,12 à 0,42 d'avancement,le quartzcommenceà être dissouset la muscoviteest altéréeen
kaolinite ;
3) de 0,42 à 0,74 d'avancement,les minéraux argileux (kaolinite et nontronite) restentstables
alors que le quartz continueà se dissoudre;
4) de 0,74 à 0,85 d'avancementle quartz n'est plus présent,la kaolinite reste stable,mais la
nontroniteest détruiteet le fer libéré estfixé sousforme d'hématite;
5) au stadefinal, 1'hématiterestestable,alors que la kaolinite est altéréeen gibbsite.
La simulation permet de vérifier le comportementdes éléments.Le sodium est lessivéaussitôt
que l'altération débute, Ca, Mg et K sont en partie retenusdans les minéraux argileux jusqu'à la
destructionde la smectite,la silice est lentementmais continûmentlessivée,et le fer et l'aluminium
restentpratiquementimmobiles. Comme il y a une perte de massed'environ deux-tiersde la phase
solidedurantla simulation,le contenurelatif en Al et Fe est fortementenrichi.
minéraux présents (log grammes)
(a)
)
1
kaolinite
,
1
'111'
surface
paragénèses minérales
-
,...,
nontronite
-1
gibbsite
1
1,. .1
1f~ldspath-K
. 1f
.."
muscc>vite
1.
'.
1hématite
~
-
0
.2
.4
.6
avancement
.8
1
de la réaction
profil d'altération simulé
.
Figure 1 - Simulation de l'altération d'un granite sousles conditions atmosphériquesactuelles
et à 25°C : (a) compositionminérale(log moles)en fonction de l'avancementde la réaction; (b) profil
d'altération simulé correspondant.Les nombre 1 à 4 réfèrentaux assemblages
successifsde minéraux
dans(a).
Le graphiquereprésentantles minéraux en fonction de l'avancementde la réaction (Fig. Ib)
peut être considérécommela simulationd'un profil d'altération comprenant(1) un horizon inférieur à
quartz = feldspath-K + illite/mica + smectite; (2) un horizon à quartz + kaolinite + smectite+
illite/mica; (3) un horizon à kaolinite + quartz+ smectite; (4) enfin un horizon supérieurà kaolinite +
hématite + gibbsite. Cette simulation de l'altération d'un granite jusqu'au stade de la paragénèse
gibbsite + hématite est bien représentativede la successiondes assemblagesminéralogiqueset des
horizonsobservésdansles profils "latéritiques"typiquesdesclimats chaudset humidesactuels.
Altération d'un granite sousatmosphèreenrichie en COl
Une simulation d'altération similaire a été conduiteavecune eaude pluie en équilibre avecune
atmosphèrecontenant10 fois la teneuren CO2de l'atmosphèreactuelle.Pour faciliter la comparaison
38
(b)
entreles différentessimulations,le modèled'eau de pluie n'a été modifié que pour la seulefugacitéen
gaz carbonique jCO2= 10.2,5.
Les stadesd'altération sonttout à fait comparablesà ceux de la simulation précédente,maisdes
différencesimportantessont égalementobservées(Fig. 2a) :
1) l'essentiel de l'assemblageminéralogiqueinitial, exceptéle quartz et la muscovite,disparaît
dès0,04 de l'avancementde la réaction;
2) la kaolinite apparaîtà ce stade,c'est-à-dire3 fois plus tôt que dansla simulationprécédente,et
domine l'assemblageminéml altéréjusqu'à la fin de la simulation;
..3) l'hématite et la gibbsite sont formés, respectivement,de 0,76 et 0,85 de l'avancementde la
réaction,c'est-à-direplus ou moins au mêmestadede percolationque dansla simulationsous
les conditionsatmosphériques
actuelles.
(a) 25°C minéraux présents (log grammes)
minéraux présents (log grammes)
(b) 35°C
kaolinite
1\
-f\
gibbsite
nontronite
nontronite
,1
kaolinite
~ t~UsCovite
feldspath-K
~
.
II~
ph~ngite
.2
hé~atite
~iï
.4
.6
avancement
.8
1
de la réaction
0
.2
.6
.4
avancement
.8
Figure 2 - Simulation de l'altération d'un granite sous les conditions atmosphériques du
Crétacé. Même graphiques que pour la Fig. 1a. Les nombres de 1 à 4 réfèrent aux même assemblages
de minéraux. (a) Simulation à 25°C. Noter l'apparition rapide de la kaolinite et l'apparition de la
gibbsite au même stade que précédemment. (b) Simulation à 35°C. Noter l'apparition plus rapide de la
gibbsite sous température plus élevée.
La comparaison avec la simulation faite sous les conditions atmosphériques actuelles montre
que, si la teneur en CO2 est multipliée par 10, l'assemblage kaolinite + quartz+ (smectite) est atteint
quand 3 fois moins d'eau de pluie a percolé à travers le granite. Ceci veut dire que sous des conditions
similaires de température et de pluviosité le granite est altéré et le profil approfondi 3 fois plus vite que
sous les conditions climatiques actuelles.
Néanmoins, la comparaison des 2 simulations montre que l'augmentation de la pression
partielle de CO2 n'a pas d'incidence directe sur l'apparition de la gibbsite, et donc sur la formation de
la bauxite. Une apparition plus rapide de la bauxite ne résulterait que de l'augmentation de la
pluviosité ou de la température moyenne. Cette dernière condition peut être mise en évidence par une
simulation similaire mais conduite à une température plus élevée, 35°C par exemple (Fig. 2b). La
gibbsite apparaît alors dès 0,60 de l'avancement de la réaction, et résulte d'une importante
augmentation de la solubilité de la silice (environ 40%) entre 25 et 35°C. Ceci signifie que pour un
réchauffement de 10°C, la quantité totale de pluviosité nécessaire à la bauxitisation est d'environ 3
fois moins importante qu'à des températures plus basses.
Altération des calcaires sous atmosphère enrichie en CO2
Un autre aspect de l'augmentation du CO2 atmosphérique est son effet sur l'altération des
calcaires. La dissolution de la calcite est régie par le CO2 dissous dans l'eau selon l'équation
d'équilibre:
,
CaCO3 + CO2(aq) + H20 Ç:> Ca++ + 2HCO3-Mais le potentiel de l'eau de pluie à dissoudre
de la calcite n'est pas directement linéaire avec la fugacité ./CO2 dans l'eau de pluie, intervient aussi le
pH, qui lui n'est pas linéaire. La simulation montre que si l'on passe de la pCO2 actuelle (environ
10.3,5)à 10.2,5:(1) le pH de la solution en équilibre avec la calcite et le CO2 atmosphérique passe de
8,23 à 250 pour la pCO2 actuelle à 7,58 pour une pO2 xlO ; (2) la masse de calcite dissoute par un litre
39
1
de la réaction
d'eau de pluie est multipliée par un facteur entre 2 et 3. L'effet sur le développement de karsts dans les
plateaux calcaires sera immédiat. Le volume de calcaire dissous étant 2 à 3 fois supérieur pour la
même quantité d'eau qui circule.
Le Crétacé est l'époque de la formation des grands karsts des Causses et du Quercy, dont la
datation récente des remplissages a montré l'âge Crétacé inférieur à moyen (Simon-Coinçon & Astruc,
1991 ; Bruxelles et al., 1999; Thiry & Quesnel et al., 2006; Bruxelles et al., 2007). Est également lié
à cette période crétacée, le développement des gisements de fer "Sidérolithique" dans les karsts
affectant les calcaires Jurassiques sur tout le pourtour du bassin de Paris (Thiry et al., 2005;
Theveniaut et al., 2007). Les datations récentes obtenues sur les formations sidérolithiques,
considérées comme tertiaires et qui se sont révélées être d'âge Crétacé, amènent à considérer que
l'essentiel des paléokarsts des plate-formes jurassiques altérées, comme celles du Jura-Souabe,du Jura
français et suisse, mais aussi ceux de Yougoslavie, de Grèce, de Hongrie, etc., sont vraisemblablement
à relier au Crétacé inférieur et de ce fait à la richesse en CO2 de l'atmosphère de cette période.
De même, "l'explosion" des bauxites téthysiennes, sur murs karstiques jurassiques (Bardossy &
Combes, 1999), est due à la conjonction de deux faits: accélération du processus de bauxitisation par
la température élevée et en même temps accélération de la karstification du mur calcaire qui génère les
pièges pour les produits d'altération tout en assurant un drainage efficace des profils.
Conclusion
Les simulations géochimiques montrent que des valeurs élevées du CO2 atmosphérique
accélèrent la formation de profonds profils kaolinitiques, sans nécessiter des temps aussi longs, ni des
climats aussi chauds et humides que dans les conditions actuelles. Ceci explique pourquoi les
puissants profils kaolinitiques et les dépôts de kaolinite ont été si largement répandus durant le
Crétacé, jusqu'à des latitudes élevées (Lidmar-Bergstrom et al., 1999; Gilg, 2000; Migon & LidmarBergstrom,2001).
Il n'y a pas d'effet direct entre l'abondance du CO2 atmosphérique et la rapidité de la
bauxitisation. Mais il est connu que l'effet de serre du Crétacé a entraîné une augmentation simultanée
de la pluviosité et un important réchauffement aux latitudes moyennes. La simulation montre que la
réunion de ces 2 facteurs est probablement à l'origine de l'expansion des bauxites pendant le Crétacé.
La restriction relative des bauxites crétacéesaux latitudes basseset moyennes (Bardossy, 1994 ; Thiry
et al ;, 2005) traduit vraisemblablement un gradient latitudinal de température, mais pas forcément de
pluviosité, conforme aux modèles climatiques admis par ailleurs (Price, 1999).
Enfin, les valeurs élevées en CO2 atmosphérique ont aussi un impact important sur la
dissolution des calcaires. Au Crétacé inférieur, la conjonction entre l'exhumation des vastes plateformes carbonatéesjurassiques et "l'agressivité" des eaux de pluies à conduit au développement de
vigoureux paysages karstiques qui ont été un piège pour les gisements de fer "fort" sidérolitique et de
bauxite et dont l'empreinte marque encore nombre des paysagescalcaires de l'Europe.
En conclusion ces modélisations géochimiques montrent les limites de l'actualisme dans ce
domaine. Elles montrent combien les changements atmosphériques ont pu affecter, si ce n'est les
processus géochimiques, en tout cas les bilans géochimiques en rapport avec les climats. Cette
exploration des processus géochimiques d'altération ouvre certainement d'autres voies, en particulier
pour approcher les puissantes altérations dont on n'a pas d'équivalent dans la nature actuelle, ou qu'on
ne sait pas y reconnaître en raison de la vitesse très lente à laquelle ils se forment, tel les grands
processusde blanchiment, les silicifications, les albitisations, les épisodes de calcrétisation, etc.
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41
V ALANGINIAN AND APTIAN C-ISOTOPE EXCURSIONS -SIMILARITIES!
DIFFERENCES
Helmut WEISSERT*
Dept. ofEarth Sciences,ETH -Z, CH-8092Zuerich, Suisse
The Early Cretaceous_C-isotoperecord is characterizedby four major excursionsmarked
by carbon isotopevalues of up to 4%0(Valanginian,Barremian,Early and Late Aptian) and
with duration of millions of years. ln this study we comparethe time of the ValanginianCisotopeexcursionwith the time of the Aptian C-isotopeexcursion.
'J) Corg and Ccarb isotope data
The first Cretaceousexcursion,with amplitude of > 1.5%0and duration of up to 5 Ma,
starts in the Valanginian campylotoxus ammonite zone. It reaches peak values in the
verrucosumzone and ends in the radiatuszone of the Hauterivian. This excursionhas DOW
beenidentified in Valanginianpelagic sedimentsof ail the major oceans,including the Pacific
(Bartolini 2003). Moreover, it hasbeenrecognizedin shallow-watercarbonatesuccessions
of
the northern Tethys (Foellmi et al. 1994) and in fossil wood records (Grocke et al. 2003).
A vailable data suggestno major changein fractionation (Dd) betweenorganic carbon and
carbonate carbon. No negative spike has been recorded so far from the base of the
Valanginian C-isotope excursion. Prominentblack shalesare missing in most Valanginian
sectionsstudied.
An Early Aptian negative spike correlateswith the onset of the Oceanic Anoxic Event
(OAE) la (Livello Selli; Menegatti et al. 1998). C-isotope values remain stable near 3%0
during OAEla before they shift to the most positive Early Cretaceousvalues of +4%0
(Leupoldinacabri foraminifera zone;Rhagodiscusangustus-NC7nannofossilzone;deshayesi
and bowerbankiammonitezones).This major Aptian positive excursionis separatedfrom a
second Aptian carbon isotope event by an episode of lighter values (Globigerinelloides
ferreolensis and Globigerinelloides algerianus foraminiferal zones). The Aptian carbon
isotopeanomalieshavealso beendocumentedin localities outsidethe Atlantic- Tethysregion
and in continental records.The Aptian C-isotopeanomaly starts with a prominent negative
spike in the Corg and Ccarb isotoperecord.New bulk and molecular (marine and terrestrial
biomarkers)carbonisotopedata from the Cismonsectionindicatethat the negativespikewas
characterizedby a significant increasein fractionationbetweenCorg and Ccarb(Méhayet al.,
submitted).The negativespike is interpretedas proxy of intensevolcanic activity and sudden
methanerelease,bath causingan increasein atmosphericCO2concentrations. The shift to
light carbonisotopevaluesoccurredwithin thousandsto tell thousandsofyears. The negative
spike also marks the base of OAE la, which lasted about 1 million years according to
astrochronology.The positive excursion following this negative spike lasted up to several
million years.
43
(2) C-isotope anomalies, calcification crises, temperature records
Both C-isotope anomalies are accompaniedby biocalcification crises along carbonate
rampsof the northernTethys and in openmarine settings.The nannoconidcalcification crisis
in the Aptian staffs before the negative spike but culminatesduring the negativeC-isotope
shift. The Valanginian calcification crisis staffsbeforethe onsetof the positive excursionbut
culminatesat the beginningof the C-isotopeexcursionwith a decreaseof 65% in nannoconid
paleoflux. Other organismsincluding calpionellidswere affectedby the calcification crisis at
the beginningof the ValanginianC-isotopeexcursion.
Calcification crises may have been triggered by pCO2-inducedchangesin climate and in
surfacewater chemistry. Elevated nutrient levels in river-influenced coastal waters and in
upwelling regionsfurther weakenedmarinecalcification.
Temperaturedata indicate that the beginning of the Aptian C-isotope anomaly coincided
with a major warming pulse followed by a progressivecooling culminating at the time of
most positive carbon isotope values. The Valanginian C-isotope excursion seems
accompaniedby cooling and there is no evidenceyet for a strong warming pulse at the base
of the excursion.
(3) Trigger ofC-isotope anomalies
Positive C-isotope excursions in the Cretaceousare regarded as "response signaIs"
recordingthe reaction of the biosphereto an environmentalperturbation.ln the Aptian, the
eruption of the Ontong -Java Large Igneous province is consideredas the trigger of the
recordedchangein climate and oceanography.ln the Valanginian the causeof the observed
C-isotope anomaly is debated.Parana-Etendeka
flood basaltsare consideredas one of the
possibletriggers ofValanginian climate change.
(4) Discussion
The coupledValanginianCorg- and Ccarb-isotopeexcursionrecordsa shift in the modeof
function of the global carbon cycle, which was Dot accompaniedby major temperature
anomaliesor by jumps in pCO2.The biosphereseemto have respondedto a perturbationby
an intensification of the biological carbon pump, preventing extreme climate shifts at the
beginning of the excursion but still causing a calcification crises in selectedneritic and
pelagicsettings.
A major greenhousepulse causing major changes in ocean circulation, in marine
productivity and in calcification pattern, accompaniedthe Aptian perturbationof the global
carboncycles.
Selected references
Erba,E., Bartolini, A. and Larson,R.L. 2004.ValanginianWeissertoceanicanoxicevent.Geology,
32: 149-152.
Follmi, K.B., Weissert,H., Bisping, M. and Funk, H. 1994.Phosphogenesis,
Carbon-Isotope
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Margin. GeologicalSocietyof America Bulletin, 106:729-746.
Grocke,D.R. 1998.Carbon-isotopeanalysesoffossi1plantsas a chemostratigraphicand
palaeoenvironmenta1
tool. Lethaia,31: 1-13.
Menegatti,A.P., Weissert,H., Brown, R.S.,Tyson,R.V., Farrimond,P., Stresser,A. and Caron,M.
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44
PALAEOREDOX AND PALAEOCLIMATIC CHANGES ASSOCIATED WITH THE
V ALANGINIAN CARDON ISOTOPE EVENT.
StéphaneWESTERMANN1*, Karl B. FÔLLMI1, Thierry ADATTE1, Virginie MATERA1, Dominik
FLEITMANN3, Nicolas FIET4.5,Izabela PLOCH6 and StéphanieDUCHAMP-ALPHONSE4
* stephane.
[email protected]
lInstitut de géologieet paléontologie,Universitéde Lausanne,Anthropôle, 1015Lausanne,Switzerland.
1nstitut de géologie,Université de Neuchâtel,Rue Emile Argand Il, CP 158,2009Neuchâtel,Switzerland
3Instituteof GeologicalSciences,University of Bern, Baltzerstrasse1-3,3012 Bern, Switzerland.
4UMR 8148- I.D.E.S.,Bât. 504, University of ParisXI Orsay,91405OrsayCedex,France.
SAREVA, 33 rue La Fayette,75009Paris,France.
6PolishGeologicalInstitute, 4 Rakowiecka,00-975Warsaw,Poland.
Mesozoic oceanic anoxic episodes (OAE's) represent exceptional time intervals in Earth's
history, which are characterised by the development of widespread dys- to anoxic conditions in ocean
basins, deposition of organic-rich sediments and shifts towards more positive stable carbon-isotope
(Ô13C)values in marine pelagic carbonate (Schlanger & Jenkyns, 1976).
The Early Cretaceous Valanginian stage is marked by a pronounced increase in the marine
carbonate Ô13Crecord with an excursion of 1.5-1.8 %0 (Lini et al., 1992; Erba et al., 2004). This
excursion in carbon-isotopes is commonly interpreted as the expression of a global OAE, which would
have affected the global carbon cycle and shifted the Ô13Crecord towards more positive values (Erba
et al., 2004). Here we proposed to evaluate the paleoredox and paleoclimatic changes, which occur
during the Valanginian carbon event by investigating phosphorus (P) and redox-sensitive trace-metal
(TM) contents. We complement our geochemical analyses by an evaluation of organic-matter
contents. We selected a series of representative sections along a basin-shelf transect in the western
Tethys: Capriolo (Lombardian Basin, northern Italy), Breggia (Mt. Generoso, southern Switzerland),
Vergol (Vocontian Basin, southeastern France), Alvier (Helvetic Alps, northeastern Switzerland) and
Malleval (Vercors, eastern France). We also analysed samples of Valanginian age from Shatsky Rise
(leg ODP 198, site 1213B).
The onset of the carbon excursion is marked by maximal values in phosphorus accumulation
rates (...,0.7,...,0.4and ...,4.1mg P/cm2/kyr in the sections ofCapriolo, Breggia and Alvier, respectively)
and minimal values during the Ô13Cpositive shift (""0.3, ...,0.1mg and ...,0.5mg P/cm2/kyr in the
sections of Capriolo, Breggia and Alvier, respectively). These observations are similar to the global
long-term trend established from the Deep Sea DriUing Project (DSDP) and Ocean DriUing Program
(ODP) (FoUrni, 1995). This indicates that the phosphorus enrichment observed in the western Tethyan
has to be sought in general changes in the marine phosphorus cycle related to changes in the
phosphorus delivery rate from the continent. TOC contents in the clark marly layers present in the
sections of Capriolo and Breggia are characterized by values lower than 1.6 w% and the HI/OI
obtained indicate a terrestrial origin of the preserved organic matter. At Vergol, the organic matter of
the "Barande" levels appears predominantly of marine origin. At Shatsky Rise, three of the analysed
samples show TOC values of up to 4.6 w% and HI/OI indicate a type-II origin. The stratigraphic
distribution of TM in the analysed sections shows no major excursions during the Ô13Cexcursion in aU
the studied sections. The only possible correlation is observed in the pre-ô13Cevent "Barande" levels,
in which U, V, Co, As and Mo contents show maxima. ln Shatsky fige, the organic-rich levels
indicate higher TM values compared to the organic-lean samples of the site.
Our results show that the onset of the shift is marked by an increase in P content, indicating an
increase in continental runoff. This change is coeval with a change in clay-mineraI assemblageswith
the disappearance of kaolinite. We also show that sediments of the western Tethyan realm lack
evidence for the persistence of dys- to anaerobic conditions during the Valanginian positive Ô13C
excursion and that preserved organic matter from this time interval is largely of continental origin.
Dysoxic to anoxic zones seem to be restricted to the marginal seasof Atlantic (Meyers, 1987) and also
to the Pacific. The Valanginian positive Ô13Cexcursion can Dot be explained by increased preservation
45
oi oceanic organic matter. We suggestthat the Ôl3Cshift is the consequenceof an increasein
continentalcarbonstorage,coupledwith the demiseof shallow-watercarbonateplatforms.
REFERENCES
Erba,E., Bartolini, A. and Larson, R.L., (2004).- ValanginianWeissertoceanicanoxic event.Geology,32, 149152.
Fôllmi, K.B., (1995).- 160 m.y. record of marine sedimentaryphosphorusburial: coupling of climate and
continentalweatheringunder greenhouseand icehouseconditions.Geology23, 859-862.
Lini, A., Weissert,H., Erba, E., (1992).- The Valanginiancarbon isotope event; a first episodeof greenhouse
climate conditionsduring the Cretaceous.TerraNova 4 (3), 374- 384.
Meyers,P.A., (1987).- Organic-carboncontentof sedimentsand rocks from deepseadrilling project sites603,
604 and 605, Westernmarginofthe North Atlantic. Init. Reportsof the DSDP, 93, 1187-1194.
Schlanger,S.O., Jenkyns,H.C., (1976).- Cretaceousoceanicanoxic events:causesand consequences.
Geologie
en Mijnbouw, 55, 179-184.
46
La kaolinite comme marqueur climatique au Crétacé inférieur?
L'exemple des sédimentsà facièswealdien du Bassin du Wessex(Royaume-Uni), du
Bassin de Mons (Belgique) et du Boulonnais (France).
Johan YANS*, Christian DUPUIS**, Jean DEJAX***, François BARBIER*, Paul SPAGNA**, Florence
QUESNEL****
. FUNDP, UCL-Namur, Dpt Géologie,61 rue de Bruxelles,5000Namur, [email protected].
.. FPMS,Servicede Géologie,9 rue de Houdain,7000Mons, Belgique.
... MNHN, Département"Histoire de la Terre", UMR-CNRS 5143, 8 rue Buffon, 75005Paris,France.
BRGM, GEO/G2R,BP 6009,45060OrléansCedex,France.
La présencede kaolinite - phyllosilicate argileux de formule chimique AI2Si2Os(OH)4
- dans
les sédimentsest classiquementconsidéréecomme un marqueur(proxy) de climat chaudet
humide contemporain au dépôt. La validité de ce postulat requiert l'une des
conditionssuivantes: la kaolinite est directementnéoforméedans le sédimentlors du dépôt
ou lors de la diagenèsetrès précoce en climat chaud-humide,et/ou elle est héritée d'une
saproliteforméeen climat chaud-humide,(quasi)contemporaineau dépôt.
Les proportionsrelativementélevéesen kaolinite dansles sédimentsd'âge Crétacéinférieur
du Nord-OuestEuropéenont encouragél'hypothèsed'un climat uniformémentchaud-humide
à cettepériode.
L'étude de la fraction argileuse« 2 !lm) de sédimentsà faciès wealdien de l'Ile de Wight
(Wessex,Royaume-Uni),du Bassin de Mons en Belgique (sites de Bemissart,Hautrageet
Thieu), et du Boulonnais (France), tend à nuancer cette hypothèse,notamment grâce à
l'acquisition récente de précisions stratigraphiqueset paléogéographiques,ainsi que de
témoinsclimatiquesindépendantsde la fraction argileuse.
Dans les sédimentsstrictementcontinentauxde la Formationdu Wessex,d'âge Valanginien
inférieur à Barrémien supérieur, la kaolinite représente20 à 70 % du cortège argileux
(moyenne de 35 %), associéeà l'illite, l'interstratifié illite-smectite (Reichweite) RO et
l'interstratifié kaolinite-smectite.
Dansles sédimentsstrictementcontinentauxde Bemissartet d'Hautrage(Ouestdu Bassinde
MQns),d'âge Barrémienmoyen à Aptien basal,la kaolinite représente20 à 45 % du cortège
argileuxdominépar l'interstratifié illite-smectiteROet l'interstratifié chlorite-smectite.
Les sédimentsà influences marines de Thieu (Est du Bassin de Mons), d'âge Albien
supérieur,contiennentquant à eux de 5 à 60 % de kaolinite. La kaolinite est abondantedans
les pélites, en associationavec l'illite et l'interstratifié chlorite-smectitealors qu'elle est
presqueinexistantedansles sableset les silts, trèsrichesen interstratifié illite-smectiteRO.
Dans les sédimentsstrictementcontinentauxdu Boulonnais (France),d'âge anté-aptiens,la
kaolinite représente20 à 50 % du cortège argileux, en associationavec l'lllite et divers
interstratifiésà feuillets gonflants.Les teneursen kaolinite augmententavec la maturité des
paléosolsbariolés.
De façon générale,la kaolinite et l'interstratifié illite-smectite RO sont donc les principaux
constituantsdu cortègeargileux.
Au microscopeélectronique à transmission(MET), la kaolinite des paléosolsbariolés du
Boulonnais apparaît sous la forme de plaquetteshexagonalesaux bordures asseznettes,
témoignantd'une néoformationin situ. Cette interprétationest renforcéepar l'augmentation
de lakaolinite dansles paléosolsles plus matures,par rapport aux autresfaciès. La kaolinite
des sédimentsdu Bassin du Wessexet du Bassinde Mons, en revanche,ne montre pas cet
habitustypique, suggérantune origine détritiqueplutôt quenéoformée.
47
Dans toutes les régions investiguées,une partie de l'interstratifié illite-smectite ROprésente
w1 habituslatté (orientationspréférentiellesde 60° autourdu nucléus)qui suggèreune origine
authigène durant la diagenèse très précoce, à la faveur de circulation de fluides
vraisemblablementlégèrementbasiques.Le test au lithium (Greene-Kelly, 1953)montreque
l'interstratifié illite-smectite ROlatté est de type « montmorillonite assezriche en fer ». Le test
au potassium (Thorez, 1998) précise que la smectitisation proviendrait à la fois de la
transformationd'illite et d'autressilicates,notammentla kaolinite.
En conclusion,seuls les paléosolsbariolés les plus maturesdu Boulonnais ont été le siège
d'une néoformation de kaolinite. Dans les sédimentsà faciès wealdien du Nord-Ouest
européen,de façon générale,l'interstratifié illite-smectite RO latté constitue la principale
phasenéoformée.La kaolinite y est généralementhéritéede profils d'altération environnants,
i.e. saprolites du soubassementNamurien du Bassin de Mons, du Massif du Brabant et
d'Ardenne.D'une part, le contrôle climatique (ie températuresélevées)ne semblepasêtre le
facteuressentielde la formation de kaolinite danscessaprolites.D'autre part, la formationde
ces saprolites est généralementbien antérieure (plusieurs dizaines de millions d'années
parfois) à l'âge du dépôt des sédimentsà faciès wealdien. L'héritage de la kaolinite serait
plutôt associéà une érosiondurantdesmouvementsverticaux de grandelongueurd'onde et à
un dépôtproximal, au sein de dépressions(localesdansle Bassinde Mons, régionalesdansle
Bassindu Wessex)durant des cortègestransgressifset/ou de haut niveau marin (3ème
ordre).
Le postulat «kaolinite ~ climat chaud» mérite d'être nuancé, à la faveur d'études
stratigraphiques,
paléogéographiques
et minéralogiquesdétaillées.
4R