Signatures détritiques des changements paléoenvironnementaux du Quaternaire récent dans le bassin nord de la mer de Chine du Sud

par Quan Chen

Thèse de doctorat en Météorologie, océanographie, physique de l'environnement

Sous la direction de Catherine Kissel et de Zhifei Liu.

Le président du jury était Pinxian Wang.

Le jury était composé de Catherine Kissel, Zhifei Liu, Pinxian Wang, Liping Zhou, Zhimin Jian, Christophe Colin, Stéphanie Duchamp-Alfonse.

Les rapporteurs étaient Liping Zhou, France Lagroix.


  • Résumé

    Le but de cette thèse est de reconstruire l’évolution environnementale de la région nord de la mer de Chine du Sud au cours du Quaternaire récent. L'objectif est d'identifier des traceurs des interactions continent-océan, de la mousson est-asiatique et de la circulation océanique. Pour cela, des analyses des minéralogies argileuse et magnétique, de la composition en éléments majeurs, et la taille des grains ont été effectuées sur les sédiments de carotte MD12-3432 couvrant les derniers 400 ka avec un taux de sédimentation variant entre 4.5 et 24 cm/ka. Nous avons tout d'abord amélioré les calibrations de la composition en éléments majeurs obtenue par XRF core-scanning. En effet, celles-ci ne corrigeaient pas des variations de teneur en eau interstitielle observées la séquence sédimentaire étudiée. Nous avons donc proposé une correction polynomiale quadratique qui convertit maintenant correctement les données XRF core-scanning en concentrations précises d’éléments majeurs. La composition en élément majeurs, les minéralogies argileuse et magnétique, et la granulométrie indiquent que les changements climatiques à basse latitude influencent les diverses fractions terrigènes de différentes manières. Considérant d’abord les éléments majeurs et les argiles, nous observons que les rapports smectite/(illite+chlorite) et K₂O/Al₂O₃ présentent tous deux des cyclicités orbitales. Le rapport K₂O/Al₂O₃ qui reflète la contribution relative des apports de Taiwan par dénudation, augmente pendant les interglaciaires quand la mousson d’été asiatique est forte. Le rapport smectite/(illite+chlorite) présente des cyclicités également liées à l’excentricité et à la précession en phase avec les changements d’insolation de l’hémisphère nord en été. Connaissant les régions sources de ces argiles, nous suggérons que l’apport en smectite est étroitement lié à l'intensité de l’altération chimique et à la dénudation fluvial induite par les fortes précipitations de mousson, tandis que l’apport d’illite/chlorite depuis Taiwan répond principalement à la dénudation. Le rapport smectite/(illite+chlorite) reflète ainsi principalement l'intensité de l’altération chimique contemporaine (rapide) et donc l’intensité de la mousson d'été asiatique. Les résultats obtenus confirment que la mousson d'été asiatique est renforcée pendant les périodes interglaciaires et quand l'insolation d'été boréal est forte. Les propriétés magnétiques sédimentaires offrent des informations complémentaires sur les changements environnementaux passés dans cette région. La fraction magnétique de la carotte MD12-3432 est composée de magnétites, sulfures de fer et hématite. Des augmentations de teneur en hématite et des diminutions de la granulométrie sédimentaire sont observées aux minima de précession. Ces évènements qui ont lieu pendant les périodes arides pourraient illustrer des apports éoliens depuis le nord de la Chine, liés à des changements d'intensité et/ou de route des vents, probablement aussi liés à l’intensification de la mousson d'hiver. Outre les changements climatiques de basse latitude, le climat global et l'activité tectonique influencent aussi les apports terrigènes dans cette région. Les augmentations à long terme de la teneur en pyrrhotite par rapport à la magnétite et à l’hématite, de la teneur de illite/chlorite indiquent une contribution croissante de sédiment fine d'origine Taiwanaise au cours des derniers 400 ka. Ceci est très probablement lié à l’intensification de l'orogenèse taïwanais. A l'échelle glaciaire-interglaciaire, les variations synchrones des compositions argileuse et magnétique, de la taille des grains sédimentaires et magnétiques, et des taux de sédimentation sont attribuées aux changements de niveau marin. En effet, les bas niveaux marins pendant les périodes glaciaires exposent l’immense plateau continental et permettent à la Rivière des Perles de livrer au site du sédiment terrigène en plus grande quantité et plus grossier.

  • Titre traduit

    Detrital signatures of Late Quaternary paleoenvironmental changes in the northern South China Sea


  • Résumé

    The aim of this study is to reconstruct late Quaternary environmental changes in the northern South China Sea by applying multi-disciplinary proxies of land-sea interaction, East Asian monsoon, and oceanic circulation. Investigations of clay and magnetic mineralogy, major element composition, and grain size were performed on marine sediment Core MD12-3432 retrieved from the continental slope of the northern South China Sea. The core covers the last 400 ka with a sedimentation rate varying between 4.5 and 24 cm/ka. We examined the accuracy of existing calibration methods on major element composition obtained by XRF core-scanning, because downcore variations in interstitial water content should strongly affect scanned element contents. We proposed a quadratic polynomial correction to account for this effect and implemented it in the calibration methods. Data from Core MD12-3432 show that the improved calibration process now correctly converts XRF core-scanning data into major element concentrations. Our results on high-resolution major element composition, clay and magnetic mineralogy, and grain size data indicate that low-latitude climate changes influence various terrigenous fractions in different ways. In bulk sediment, K₂O/Al₂O₃ ratio mainly reflects the relative contribution of detrital supply from Taiwan, and its variation exhibits eccentricity cycles. The ratio increases during interglacials, showing that strong precipitation and denudation are induced by enhanced East Asian summer monsoon. In clay fractions, smectite/(illite+chlorite) ratio presents both eccentricity and precession periodicities, in phase with the northern hemisphere summer insolation changes and therefore with the East Asian summer monsoon evolution. Based on the knowledge of sediment provenances, these results suggest that high smectite/(illite+chlorite) ratios illustrate contemporaneous chemical weathering intensity in Luzon. It supports the understanding that East Asian summer monsoon is enhanced during interglacial periods and when the boreal summer insolation is strong. Therefore, these two ratios are appropriate sedimentary tracers for East Asian summer monsoon evolution in the South China Sea. The magnetic fraction yields complementary information about environmental changes in the South China Sea. The magnetic mineral assemblage of Core MD12-3432 is mainly composed of magnetite, sulphide, and hematite, and the relative contributions of all these magnetic mineral contents change with time. Variations on precessional band related to the low latitude East Asian monsoon are observed in magnetic properties and grain size values. High magnetic inputs with high hematite proportion, which is part of fine-grain sediment, are observed during the precession minima. These events occurring during arid periods may illustrate enhanced eolian inputs caused by changes in intensity and/or winds pathway of winds, probably related to enhanced winter monsoon. Besides the low-latitude climate changes, global climate and tectonic activity also influence the terrigenous composition at the studied site at different timescales. A long-term increase in pyrrhotite content with respect to magnetite and hematite and in illite/chlorite contents indicates an increasing contribution of fine grained sediments from Taiwan. This is most likely related to the intensification of Taiwanese orogeny over the last 400 ka. On glacial-interglacial scale, coeval increases observed in sedimentation rate, magnetite/pyrrhotite content, kaolinite content, and grain size during glacial periods are attributed to sea-level changes. Low sea-level during glacial periods exposes the vast shelf and allows the Pearl River to deliver more and coarser terrigenous sediments to our site.


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