Etude de la signature géochimique en Bore (B/Ca, δ11B) et Magnésium (Mg/Ca) de foraminifères benthiques actuels et fossiles dans différents contextes sédimentaires et à plusieurs échelles d'analyse

par Ruifang Ma

Projet de thèse en Terre solide : géodynamique des enveloppes supérieures, paléobiosphère

Sous la direction de Christophe Colin et de Sophie Sepulcre.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux, géosciences , en partenariat avec Géosciences Paris Sud (laboratoire) , Paléoclimats et Dynamique Sédimentaire (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2015 .


  • Résumé

    Les objectifs de cette thèse s'inscrivent dans la thématique générale de l'étude de la variabilité naturelle passée du climat à partir d'archives sédimentaires. L'approche proposée repose sur l'utilisation de la signature géochimique des coquilles ou tests en carbonate de calcium CaCO3 des foraminifères benthiques, dont la composition chimique reproduit certains des paramètres environnementaux du milieu de croissance. L'originalité de ce sujet est basée sur un double objectif consistant à i) séparer l'influence des facteurs environnementaux et des processus biologiques ou effet vital sur l'acquisition de la signature géochimique, et ii) estimer l'impact de la fossilisation sur le signal originel. Pour y répondre, plusieurs espèces seront sélectionnées et l'étude des assemblages de foraminifères benthiques pemettra de caractériser les microhabitats des différentes espèces choisies. Le couplage entre différents traceurs géochimiques, à savoir les rapports élémentaires Magnésium/Calcium Mg/Ca et Bore/Calcium B/Ca (respectivement comme traceurs de la température et de la concentration en ions carbonates de l'eau de mer) et la signature isotopique en Bore δ11B (comme traceur du pH) permettra de contraindre les facteurs environnementaux contrôlant ces traceurs. L'originalité de l'approche envisagée est de comparer des analyses géochimiques du Mg/Ca et du δ11B à l'échelle microscopique (cartographie élémentaire du Mg par microsonde électronique et profils de δ11B par sonde ionique) avec les résultats obtenus sur l'ensemble du test. Sur des tests de foraminifères benthiques modernes, cette approche multi-échelles permettra de documenter l'impact des effets vitaux sur ces deux traceurs, qui reste à contraindre. La variabilité du signal géochimique intra-test pourra notamment être interprétée en termes de processus de biominéralisation. Cette approche a été employée avec succès sur d'autres biominéraux tels que les coraux, mais reste peu utilisée sur les foraminifères benthiques. Pour estimer l'impact de la diagenèse sur ces traceurs, les résultats obtenus à différentes échelles spatiales sur des tests fossiles seront comparés et ce, dans des contextes sédimentaires choisis selon l'état de préservation, dissolution, ou de contamination des tests. Cette approche permettra d'estimer d'une part l'impact des processus de dissolution, et d'autre part l'effet de phases contaminantes ou authigènes, sur le signal global porté par le test. Cette approche analytique à l'échelle microscopique a été employée avec succès sur les foraminifères planctoniques, mais reste à explorer sur les foraminifères benthiques. Afin de répondre à ces questions scientifiques, trois sites ont été sélectionnés pour ce sujet, en fonction de conditions de bonne (Golfe de Gascogne ; Golfe du Bengale aux profondeurs d'eau inférieures à 2500m) ou mauvaise (Golfe du Bengale aux profondeurs d'eau supérieures à 2500m) préservation des CaCO3, ou de précipitation de phases authigènes (Méditerranée). La disponibilité des échantillons de surface (specimens modernes) et de données sur les eaux interstitielles ainsi que l'accès aux carottes de sédiments marins (specimens fossiles) ont également conditionné le choix des sites pour cette étude.

  • Titre traduit

    Boron (B/Ca, δ11B) and Magnesium (Mg/Ca) geochemical signatures in modern and fossil benthic foraminifera from various sedimentary contexts and at multi-scale analysis


  • Résumé

    The main objective of this PhD thesis is to better understand the natural climate variability through the study of marine sediments. Our research is based on the geochemistry of benthic foraminiferal calcium carbonate (CaCO3) tests that can record the physical and chemical properties of their living environment. The specificity of this project is to i) decipher the impact of the environmental versus the vital effect during the test precipitation and ii) to evaluate the effect of diagenetic processes on the geochemical signal. In order to answer to these scientific questions, several benthic foraminiferal species will be studied by determining their ecology (faunal assemblages) and by combining different geochemical signals: the Mg/Ca and B/Ca ratios (as proxies for deep-water temperature and carbonate ion concentration, respectively) and the δ11B (a proxy for seawater pH). We will compare the geochemical signals obtained from “bulk” foraminiferal tests with micro-analysis (Electron Probe Micro-Analysis for Mg/Ca and Ion Probes for δ11B). By studying modern samples, we will aim at document the vital effect on these geochemical signals, which still needs to be documented. Biomineralization processes could be identified thanks to this approach, as yet demonstrated on corals for example. By analysing fossil specimens, we will try to estimate the diagenesis effects on the test geochemistry. In particular, we will work in different sedimentary contexts. The combination of “bulk” and micro-analysis will help to better understand the diagenesis effect on the tests geochemistry. This approach has been successfully applied on planktonic foraminifera but never on benthic species. To reach these scientific objectives, three sites have been chosen for good CaCO3 preservation (Bay of Biscay, Bay of Bengal at water depths above 2500m), CaCO3 dissolution (Bay of Bengal at water depths below 2500m) and precipitation of authigenic minerals inside the sediment (Mediterranean Sea). The availability of modern samples (and of environmental data such as the porewater geochemistry), as well as of the marine sediment cores, have been taken into account to select these sites.