Palaeoenvironmental and palaeoceanographic changes during the Lower to Middle Jurassic ( Toarcian-Aalenian, ~183-171 Ma) : new evidences from calcareous nannofossils of the Lusitanian Basin

par Jorge Ferreira

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre. Paléontologie

Sous la direction de Emanuela Mattioli et de Bernard Pittet.

Soutenue le 04-03-2016

à Lyon en cotutelle avec l'Universidade de Lisboa. Faculdade de ciências , dans le cadre de École Doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (laboratoire) .

Le président du jury était Maria da Conceiçao Freitas.

Le jury était composé de Bernard Pittet, Mário Cachão, Nuno Pimentel.

Les rapporteurs étaient Luis Vitor Duarte, Fabienne Giraud.

  • Titre traduit

    Changements paléoenvironnementaux et paléocéanographiques au cours de l'intervalle Toarcien-Aalénien (183-171 Ma, Jurassique inférieur-Moyen) : des nouvelles évidences issues de l'étude des nannofossiles calcaires du bassin Lusitanien


  • Résumé

    Le biome marin du Toarcien inférieur a subi une des crises les plus significatives de l'histoire de la Terre, qui a affecté les mers épicontinentales du globe. Ces bassins épicontinentaux sont également caractérisés par l'accumulation de grandes quantités de matière organique dans les sédiments de l'époque, ce qui a été interprété comme le résultat d'un Evénement Anoxique au Toarcien inférieur (T-OAE, ~183 Ma). Le nannoplancton calcaire, qui fait partie des organismes le plus sensibles aux conditions environnementales des eaux océaniques de surface, a été profondément affecté par cette crise et sa récupération se mit en place seulement à la fin du Toarcien inférieur. Si le T-OAE a été étudié en grand détail ces dernières années, la période de récupération est beaucoup moins bien connue. A ce stade, nous ne savons pas, notamment, si la récupération de la production carbonatée primaire est représentée par un épisode rapide ou par une suite d'événements (qui feraient partie d'un plus long processus) intervenus sur quelques millions d'années après le T-OAE. Pendant les perturbations environnementales qui ont eu lieu au Toarcien inférieur, des fluctuations importantes du niveau marin ont été interprétées ainsi que des variations de la température des eaux océaniques. Après le T-OAE, le niveau marin et les températures montrent des changements plus graduels pendant une grande partie du Toarcien supérieur-Aalénien inférieur et les niches écologiques occupées par le nannoplancton calcaire sont ré-établies. Ces conditions de relative stabilité sur le long terme (~10 Ma) sont idéales pour étudier les dynamiques de la communauté des nannofossiles calcaires et, notamment, comment les différents taxons réorganisent leurs relations synécologiques. Le Toarcien-Aalénien est une période clé dans l'évolution du nannoplancton calcaire, avec des nouveaux genres qui apparaissent. Les nannofossiles de cet intervalle restent relativement peu étudié dans le Bassin Lusitanien, malgré l'importance de cette région d'un point de vue paléocéanographique. En effet ce bassin, qui était à l'origine un rift avorté lié à l'ouverture de l'Atlantique, a permis les connections entre des masses d'eaux de provenance NW européenne et sud-téthysienne. C'est dans cette région que nous retrouvons donc des mélanges de taxons liés à des différentes provinces géographiques


  • Résumé

    At ~183 Ma when large amounts of organic matter was dumped onto the ocean beds (known as the Toarcian Oceanic Anoxic Event, T-OAE), the Early Toarcian marine biota experienced one of the most important biological crises in Earth history. Calcareous nannoplankton was deeply affected and started only to recover from the end of the Early Toarcian. After the T-OAE, as phytoplankton communities dwelling the oceans photic layer recover from the previous disturbing conditions, the ecological niches once occupied by calcareous nannoplankton are again replenished. Located in the westernmost part of the Tethyan ocean, the Lusitanian Basin acted as a seaway between the NW Tethys and the Mediterranean Tethys provinces, therefore been actively influenced by these two different water masses. Hence such a region stands as the perfect spot to study the calcareous nannoplankton community, as its fossil remains bears species typical of both provinces. In order to appraise the nannoplankton demise and subsequent recovery, absolute and relative abundances of nannofossils were determined from pelagic marl-limestone couplets from three sections of the Lusitanian Basin. Also brachiopods shells were investigated for stable carbon and oxygen isotopes analysis. In order to independently assess the morphologic evolution of Lotharingius coccoliths, a Toarcian section from south France was studied. Different statistic methodologies were used throughout this work, in order to screen for robust and significant information from the numerous datasets that were built


  • Résumé

    Há cerca de 183 milhões de anos atrás, a biota marinha sofreu uma das mais importantes crises biológicas na história do planeta, quando grandes quantidades de matéria orgânica foram depositadas nos fundos oceânicos. Este episódio que teve lugar durante o Toarciano, resultou de um Evento Anóxico Oceânico (T-OAE), e afectou os mares epicontinentais à escala global. O nanoplâncton calcário, um grupo de organismos extremamente sensível às variações nas condições ambientais que têm lugar na camada superficial das massas de água, foi profundamente afectado. Foi somente no final do Toarciano Inferior que a sua recuperação se iniciou. Apesar de já muito se ter escrito sobre o T-OAE, a previsível recuperação deste grupo nunca foi sistemática nem detalhadamente estudada. Até hoje, não se sabia ainda se esta recuperação teria sido relativamente rápida, ou resultado de um processo lento e gradual que teria durado milhões de anos. Durante o Toarciano Inferior, quando as condições ambientais eram extremamente instáveis, ocorreram importantes e drásticas oscilações na temperatura e no nível médio dos oceanos. Após o T-OAE e durante todo o Toarciano e Aaleniano Inferior, as oscilações do nível médio dos oceanos e de temperatura são bastante mais suaves. À medida que a comunidade fitoplanctónica instalada na zona fótica recupera das condições extremas anteriores, os nichos ecológicos antes ocupados por nanoplâncton calcário, começam novamente a ser preenchidos. Apesar das prolongadas e suaves variações abióticas, é num ambiente então mais estável, que melhor se pode observar a evolução deste grupo, e de que forma as suas relações sinecológicas se alteraram ao longo de aproximadamente 10 milhões de anos. Apesar de ser considerado como um período onde a comunidade nanoplanctónica sofreu importantes alterações, nada se sabe em concreto que alterações foram essas que tiveram lugar após o TOAE num local tão estratégico como a Bacia Lusitânica. Situada na extremidade Oeste do Tétis e fazendo parte de um rift originado pela abertura do Atlântico, a Bacia Lusitânica actuou como um corredor que ligava livremente as massas de água das províncias mediterrânica e NW do Tétis, sendo por estas, activamente influenciada. Por essa razão, tal situação geográfica constitui um local excepcional para se estudar a comunidade de nanoplâncton calcário, uma vez que o seu registo fóssil compreende espécies típicas destas duas províncias do Tétis


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