Composition des isotopes stables du molybdène dans les carbonates du Précambrien : affinement du proxy et applications paléo-environnementales

Molybdenum isotopic compositions of Precambrian carbonates : refinement of the proxy and paleoenvironmental applications

• Auteur / Autrice : Marie Thoby
• Direction : Stefan Lalonde, Kurt Konhauser
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance le 14/12/2018
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géosciences Océan (Plouzané, Finistère ; 2017-2021)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Alix Barrat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefan Lalonde, Kurt Konhauser, Jean-Alix Barrat, Vincent Busigny, Nicolas Tribovillard, Johanna Marin Carbonne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Busigny, Nicolas Tribovillard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isotopes

Molybdène

Précambrien

Géologie

Mots clés libres

Redox

Précambrien

Carbonates

Molybdène

Isotopes

Attaque séquentielle

Redox

Precambrian

Carbonates

Molybdenum

Isotopes

Sequential digestion

Résumé

Les conditions redox des océans ont considérablement évolué au cours du Précambrien. Ceci est principalement dû à l’arrivée de l’oxygène engendrant dans un premier temps des oasis d’oxygène puis un Grand Évènement d’Oxydation (GEO) vers 2.45 Ga. Néanmoins, les connaissances concernant la datation des premiers signes d’oxygénation et les mécanismes de leur enregistrement sédimentaire, propres à cette période, restent encore à approfondir. Depuis plusieurs années, la composition isotopique en molybdène (δ98Mo) dans les sédiments est utilisée comme indicateur des conditions redox locales et globales des océans. Une étude élémentaire et isotopique en Mo des différentes phases constituant les carbonates a été réalisée suite à des attaques séquentielles sur des carbonates d’âge et d’environnement de dépôts différents. Les résultats montrent que le Mo se loge dans la phase organique mais également au sein des carbonates authigènes. Ces derniers influencent la valeur isotopique étudiée lors des attaques pseudo totales par 6N HCl et utilisée dans toutes les études du proxy redox des carbonates. Une étude minéralogique et isotopique du Mo des argiles et des carbonates riches en Mn (II) des Formations Boolgeeda et Kazput (craton de Pilbara, Australie) s’intéresse à la capacité du δ98Mo d’enregistrer les conditions redox locales afin de comprendre les mécanismes d’enrichissement sédimentaire en manganèse sur la période du GEO. Couplées à d’autre proxy redox et comparées à un analogue moderne (le bassin réduit de Landsort, mer Baltique), les données argumentent pour une réduction des oxydes de Mn(IV) au sein de la colonne d’eau et à l’interface des sédiments. Ces observations invitent à la discussion concernant les enrichissements en Mn du Précambrien dont le processus de réduction des oxydes est automatiquement considéré comme intrasédimentaire. Finalement, une étude compare des valeurs maximales en δ98Mo de carbonate analysées et compilées aux valeurs isotopiques des black shales et des formations de fer compilées au cours des temps géologiques en exploitant la composante globale de ce proxy redox. Les données suggèrent l’absence de condition euxinique permettant l’enregistrement des valeurs de l’eau de mer par les black shales. L’étude permet également d’observer la présence d’un cycle oxydatif du molybdène dès le Méso-Archéen.

The redox conditions of the oceans evolved considerably during the Precambrian. This is mainly due to the arrival of the oxygen, at first generating oxygen oases, and then accumulating in the atmosphere during the Great Oxidation Event (GOE) ca. 2.45 Ga. However, the earliest traces of free oxygen during these periods, and the mechanisms of their sedimentary expression, remain poorly understood. For over a decade, the isotopic composition of molybdenum (δ98Mo) in sediments has been used as a global marine redox proxy.An elemental and isotopic study of the different phases constituting carbonate rocks was carried out using sequential digestions performed on carbonates of different ages and depositional environments. The results show that Mo is primarily hosted in the organic phase but also within authigenic carbonate phases. These latter influence the isotopic value obtained during the classic pseudo-total digestion by 6N HCl that is most frequently employed for Mo isotope proxy studies in carbonates.Mineralogical and Mo isotopic studies on Mn(II)–rich shales and carbonates in the Boolgeeda and KazputFormations (Pilbara craton, Australia) leveraged the ability of δ98Mo to record local redox conditions in order to understand mechanisms responsible for sedimentary Mn enrichments occurring around the GOE. Coupled with other redox proxies and compared to modern analogues (e.g., the Landsort basin, Baltic Sea), the data argues for a reduction of Mn(IV) oxides within the water column and at the sediment-water interface. These observations bring new perspective on Precambrian Mn enrichments, which have been traditionally considered as the result of Mn oxide reduction occurring at depth in the sedimentary pile.Finally, a study of the maximum values of δ98Mo of analyzed and compiled carbonates compared to compiled isotopic values of black shales and iron formations deposited through geological time make use of the global component of this redox proxy. Data suggest an absence of euxinic conditions required for the recording of seawater values by black shales. This study also highlight the presence of an oxidative cycle of molybdenum since at least the Mesoarchean.