Soutenance mémoire
Magnétisme environnemental
Le magnétisme des sédiments est un outil robuste et reconnu pour reconstituer la variabilité environnementale et climatique, souvent utilisé en combinaison avec d’autres indicateurs paleolimnologiques ou paléocéanographiques. Les applications (paléo )environnementales du magnétisme sédimentaire sont nombreuses et incluent entre autres la source des sédiments (e.g., Thouveny et aL, 2000; Blanchet et aL, 2009; Venuti et al 2011 ; Hu et aL, 2013), la circulation océanique (e.g., Mazaud et aL, 2007; Parés et aL, 2007; Kissel et al., 2008) et atmosphérique (e.g., Peck et aL, 2004), le niveau des lacs (e.g., Negrini et aL, 2000; Marshall et al 2011) et le régime de précipitation (e.g., Thompson and Maher, 1995; Williams on et aL, 1998; Maher et al 2003; Kodama et aL, 2013), la glace de mer (e.g., Sagnotti et aL, 2001; Brachfeld et aL, 2009) et les évènements de remobilisation liés à des tremblements de terre (e.g., St-Onge et aL, 2004; 2012) ou à des inondations (e.g. , Blanchet et aL, 2009). Les propriétés magnétiques des sédiments sont des indicateurs sensibles de l’environnement hautement spécifiques au site de dépôt. En effet, bien que la minéralogie, la taille et la concentration des grains magnétiques soient les trois seules variables qui définissent un assemblage magnétique, aucune n’a d’interprétation unique. Au contraire,des interprétations différentes et même opposées sont fréquentes puisque les propriétés magnétiques dépendent de la roche source, du transport, du climat et du lieu de dépôt (e.g., Verosub and Roberts, 1995; Dekkers, 1997; Evans and HelIer, 2003; Maher and Thompson, 1999; Liu et aL, 2012). Un exemple bien connu pour illustrer des interprétations contraires associées à un paramètre magnétique est la susceptibilité magnétique des dépôts de lœss/paléosols durant les cycles glaciaires/interglaciaires du Quaternaire. Alors que les périodes interglaciaires sont caractérisées par une augmentation de la susceptibilité magnétique dans la fameuse séquence de loess/paléosol de Chine ainsi qu’au Tajikistan, en République Tchèque et aux États-Unis, exactement l’inverse est observé en Alaska, en Sibérie et en Argentine (e.g., Maher, 1998; Evans and HelIer, 2001). De manière générale aux basses à moyennes latitudes, la susceptibilité magnétique plus élevée du paléosol par rapport au lœss est due à la fonllation de magnétite pédogénique ultrafme pendant les plus chaudes et hlUllides péliodes interglaciaires (e.g., Hunt et aL, 1995). Les grains ultrafms de magnétite (ca., 0,4- 0,001 um; Maher, 1998) sont un indicateur sensible puisque c’est la seule fraction granulométrique de ce minéral qui a une influence COlillue sur la susceptibilité magnétique (Dearing, 1999; Heider et al., 1996). À l’inverse, aux moyelilles à hautes latitudes les paléosols ont généralement une susceptibilité magnétique plus faible que le lœss, relativement à la dissolution de la magnétite dans un sol gorgé d’eau en conditions réductrices (gléification) (en Alaska et en Sibérie: e.g., Evans and HelIer, 2001; Begét et al., 2001; Liu et al., 1999) ou de l’oxydation de la magnétite détritique en hematite/goethite (en Argentine : e.g., Orgeira et al., 1998; Carter-Stiglitz et al 2006). En outre, la susceptibilité magnétique plus élevée du lœss pendant les périodes glaciaires en Alaska, Sibérie et Argentirte serait attribuée à une plus grande concentration de minéraux ferrimagnétiques d’origine éolienne (Vlag et al., 1999; Begét, 1990). La susceptibilitémagnétique est une propriété magnétique complexe à interpréter puisque c’est une mesure qui peut être influencée à la fois par la concentration, la minéralogie et la taille des grains ferrimagnétiques, en plus de la composition du sédiment (matériel antiferro- dia-, para- et superparamagnétique) puisque la mesure se fait dans un champ faible sur le sédiment total (Dearing, 1999). Il est donc primordial d’investiguer l’assemblage magnétique en détail si l’on veut interpréter la signification environnementale de la susceptibilité magnétique et comparer différents enregistrements, que ce soit pour des séquences de lœss/paléosols (Maher, 1998; Orgeira and Compagnucci, 2006; Kravchinksy et al., 2008) ou de sédiments marins et lacustres (Verosub and Roberts, 1995)
Le lac Laguna Potrok Aike et le projet PASADO
Le lac Laguna Potrok Aike (51 °57,337’S, 700 22.688’W) dans le sud de Argentine est un lac de cratère phréatomagmatique situé dans le champ volcanique Pali Aike (Figure 1). De fonne quasi-circulaire, le lac a un diamètre de 3,5 km, de fortes pentes ûusqu ‘à 20°; Anselmetti et al., 2009) et un bassin atteignant 100 m de profondeur (Zolitschka et al., 2006). Des sondages sismiques pem1ettent d’estimer l’épaisseur des sédiments lacustres à 370 m (Gebhardt et al., 2011) et des études géomorphologiques indiquent que la région était libre de glaciers durant la dernière période glaciaire (Zolitschka et al., 2006; Coronato et al., 2013). Le lac est hydrologiquement fenné et par conséquent il est très sensible au ratio précipitation/évaporation (Ohlendorf et al. , 2013), conU11e en témoignent les nombreuses paléo-terrasses submergées et immergées (Haberzettl et al., 2005, 2008; Anselmetti et al., 2009). En Patagonie, les forts vents d’ouest sont un facteur climatique dominant qui crée un gradient climatique extrême de part et d’autre de la cordillère des Andes, avec un climat hyperhumide à l’ouest (Chili) et semi-aride à l’est (Argentine) (e.g.,Garreaud et al., 2013). Du côté sous le vent en Argentine, le climat semi-aride est caractérisé par une température annuelle moyenne de 7,4°C, de faibles précipitations annuelles < 200 mmlan (Zolitschka et al., 2006), des vents moyens de ca. 10 mis pendant l’ été et une végétation de type steppe qui résiste à la sécheresse (Schabitz et al. , 2013). Le substrat géologique régional est dominé par des dépôts non-consolidés d’origine fluviale et fluvioglaciaire et des basaltes Pliocène à Pléistocène du champ volcanique Pali Aike (Zolitschka et al., 2006; Ross et al., 20 II; Coronato et al., 2013). Les dépôts non-consolidés incluent notamment les sédiments d’origine fluviale (Formation Santa Cruz) associés au soulèvement tectonique de la cordillère des Andes durant le Miocène et qui atteignent plus de 1000 m d’épaisseur, et les sédiments d’origine fluvioglaciaire du Pliocène et Pléistocène (Zolitschka et al., 2006). Majoritairement l’action éolienne, mais aussi l’ action périglaciaire et de mineures incisions fluviales surtout en périodes interglaciaires ont agi sur le paysage du sud-est de la Patagonie depuis le Pléistocène Moyen. Toutefois, les modifications au paysage sont seulement légères, ce qui confère à la Patagonie Argentine un aspect de « paysage fossilisé » (Coronato et al., 2013).
Geological setting
Laguna Potrok Aike (51 °58’S, 700 22’W) is a maar lake within the Pali Aike Volcanic Field in the province of Santa Cruz in southem Argentina. The Pali Aike volcanic field is a series of phreatomagmatic craters fomled by back-arc volcanism since the Pliocene to the Pleistocene (Corbella, 2002; Zolitschka et aL, 2006; Coronato et aL, this issue). Laguna Potrok Aike is today a perennial lake in the Patagonian steppe, with a maximum water depth of 100 m and a maximum diameter of 3.5 km. The lake is fed by growldwater with no inflow or outflow at present (Mayr et aL, 2007); however, gullies (visible in Fig. 1) indicate episodic inflow most likely related to snowmelt events. In addition, lake level terraces above and below the present lake level document the sensitivity of the lake system to hydrological changes (Haberzettl et al., 2008; Anselmetti et al., 2009; Gebhardt et al., 2012). Laguna Potrok Aike is influenced by the strong Southern Hemisphere westerly winds (SHW) and as a result the water column is not stratified or well-oxygenated from top to bottom (Zolitschka et al., 2006). The lake is located at ca. 100 km from the Atlantic coast and ca. 200 km on the lee-si de of the Andes, where the annual precipitation is less th an 300 mm/yr (Zolitschka et al., 2006). These geomorphological and geographical settings suggest that the terrigenous sediment enters the lake by eolian input and periodic runoff. The sources of the detrital sediment deposited in Laguna Potrok Aike are 1) the Andean Cordillera and the derived fluvioglacial sediments, tills and moraines deposited in the catchment area before the Late Pleistocene, and 2) the basaltic lavas and volcanic structures such as maars, tuff-rings, scoria and spatter cones in the Pali Aike Volcanic Field (D’Orazio et al., 2000; Zolitschka et al., 2006; Ross et al., 20 II ; Coronato et al., this issue).
Discrete magnetic measurements
A total of 103 discrete pelagic sediment sampi es were measured using a Princeton Measurement Corporation alternating gradient force magnetometer (model MicroMag 2900 AGM) in order to obtain the hysteresis curves and derived properties, including the bulk coercive force (Hc), the remanent coercive force (Hcr), the saturation magnetisation (Ms) and the saturation remanence (Mr). The isothermal remanent magnetisation (IRM)acquisition curve was also acquired for 43 samples using the same instrument. The coercivity (Hcr/Hc) and the remanence (Mr/Ms) ratios are commonly used as magnetic grain size indicators (Day et al., 1977; Dunlop, 2002) and the hysteresis properties, together with the IRM acquisition curve, inform on the coercivity of the remanence carriers (Dunlop and Ozdemir, 1997; 2007). In order to further investigate the magnetic mineralogy, the temperature-dependence of magnetic susceptibility (h) was measured for ail core catcher sampi es of hole A site 2 using a Bartington MS2 KIT system with the ceramic crucible filled at full capacity (ca. 3 g). Recasens et al. (in press) showed that 4 core catcher sampi es from hole A site 2 are dominated by reworked tephra (sampi es 21, 22 and 27CC) or organic-rich (sample 6CC) material and were readily identifiable by rock-magnetic properties. The present study focuses on the pelagic sedimentation and therefore the remaining core catcher samples from hole A site 2 were considered. Mineralogical analysis of typical core catcher samples (samples 10, 12 and 28CC) was conducted using a Siemens D5000 X-Ray diffractometer at the X-ray diffraction laboratory of UQAM. The bulk sediment was sieved to isolate the grain size fractions < 38 )1m and between 38 and 106)1m. For each size fraction a magnetic extract was obtained using a rare earth neodymium hand magnet. This method is rapid, but less efficient in collecting the smaller magnetic grains and it is therefore not quantitative (Hounslow and Maher, 1999). The semiquantitative mineralogical identification was conducted by diffraction peak analysis (based on Bragg’s law) using the International Center for Diffraction Data (ICDD) database as a reference.
Magnetic mineralogy
The isothennal remanent magnetisation (IRM) acquisition curves of the 43 pelagic sediment samples (Fig. 3A; position on Fig. 4) reach saturation below ca 200 mT, indicating a magnetic assemblage dominated by low coercivity mineraIs. The median destructive field of the natural remanent magnetisation (MDFNRM; Fig. 4) and the coercive force (Hc; not shown) vary around average values of 16 mT and 7.2 mT, respectively. Along with the typical shape of the hysteresis loop (Fig. 3C) (Tauxe et al., 1996), these results are characteristic of magnetite. Furthennore, zero magnetic susceptibility is reached during heating at or near the Curie temperature of magnetite (580°C; Dunlop and Ozdemir, 1997; 2007) for the 22 core catcher sampI es of site 2 hole A (Fig. 3B). A drop in magnetic susceptibility slightly before 580°C suggests the presence of Ti-poor titanomagnetite (Dearing, 1999). However, the diffractogram of the magnetic extracts further identifies magnetite as the dominant magnetic mineraI both in the grain size fraction 1 06-38 ~m and < 38~m (Fig. 3C). Altogether these results support the previous magnetic mineraI analyses for the last 16 ka cal BP (Gogorza et al., 20 Il; Gogorza et al., 2012) as weil as the lowresolution analyses of the PASADO-ICDP core catcher sampI es (Recasens et al., in press) and reveal that magnetite is the dominant remanence carrier at Laguna Potrok Aike since 51.2 ka cal BP.
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Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE 1 ENREGISTREMENT PALÉOMAGNÉTIQUE À HAUTE RÉSOLUTION DES DIRECTIONS ET DE LA PALÉOINTENSITÉ RELA TIVE DEPUIS LE PLÉISTOCENE SUPÉRIEUR DANS LE SUD DE L’AMÉRIQUE DU SUD
RÉSUMÉ
HIGH-RESOLUTION PALEOMAGNETIC SECULAR VARIATIONS AND RELA TIVE PALEOINTENSITY SINCE THE LA TE PLEISTOCENE IN SOUTHERN SOUTH AMERICA
CHAPITRE 2 INDICATEURS MAGNÉTIQUES DE L’INTENSITÉ DES VENTS ET DE LA POUSSIÈRE DANS LE SUD-EST DE LA PATAGONIE DEPUIS 51200 CAL BP À PARTIR DES SÉDIMENTS DU LAC LAGUNA POTROK AIKE
RÉSUMÉ
ROCK-MAGNETIC PROXIES OF WIND INTENSITY AND DUST SINCE 51200 CAL BP FROM THE LACUSTRINE SEDIMENTS OF LAGUNA POTROK AIKE,SOUTHEASTERNPATAGONIA
CHAPITRE 3 SIGNATURE MAGNÉTIQUE D’ÉVÈNEMENTS DE PRÉCIPITATION ET D’INONDATION EXTRÊMES DANS LE SUD-EST DE LA PATAGONIE (ARGENTINE) DEPUIS 51200 CAL BP À PARTIR DES SÉDIMENTS DU LAC LAGUNA POTROK AIIŒ
RÉSUMÉ
ROCK-MAGNETIC SIGNATURE OF PRECIPITATION AND EXTREME RUNOFF EVENTS IN SOUTH-EASTERN PAT AGONIA SINCE 51,200 CAL BP FROM THE SEDIMENTS OF LAGUNA POTROKAIKE
DISCUSSION ET CONCLUSIONS GÉNÉRALES
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPIDQUES
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