Enregistrement de l'évènement anoxique cénomanien supérieur-turonien inférieur à l'ouest de la plateforme saharienne : sédimentologie, paléontologie, géochimie et minéralogie

par Vanessa Lebedel

Thèse de doctorat en Sédimentologie, stratigraphie et géochimie

Sous la direction de Bernard Andreu et de Carine Lézin.

Soutenue en 2013

à Toulouse 3 .

mots clés

• Cénomanien supérieur-Turonien inférieur
• Sillon Préafricain
• Maroc
• Agadir
• Paléoenvironnements
• Géochimie
• Paléoproductivité
• Cénomanien
• Turonien
• Anoxie
• Paléoenvironnement -- Sahara

Résumé

Le passage Cénomanien-Turonien est lié à un évènement anoxique océanique global, l'OAE2, daté du Cénomanien supérieur, et reconnu par une anomalie positive en δ13C. Les mécanismes à l'origine de sa mise en place font encore aujourd'hui l'objet de nombreux débats. En Atlantique Nord et en domaine téthysien, la mise en place de mauvaises conditions d'oxygénation pendant l'OAE2, semble principalement liée à : 1/ la paléogéographie globale, les océans étant relativement fermés, et 2/ une forte paléoproductivité, en lien avec une altération chimique intense des surfaces continentales sous climat chaud et humide et/ou avec l'activité volcanique et hydrothermale du plateau Caraïbe et des dorsales océaniques. L'objectif majeur de cette thèse est de caractériser l'évènement anoxique Cénomanien-Turonien dans l'ouest de la plateforme saharienne par une approche multidisciplinaire. Ainsi, l'étude sédimentologique, paléontologique, stratigraphique, géochimique et minéralogique, réalisée sur la plateforme carbonatée du Sillon Préafricain (Maroc), à l'ouest de la plateforme saharienne et à l'articulation entre les océans Atlantique et Téthys, et les comparaisons effectuées avec la coupe d'Agadir (marge atlantique marocaine) et la Tunisie septentrionale (marge téthysienne) ont permis d'apporter de nouveaux éléments à la compréhension de l'OAE2. Au Cénomanien supérieur, la plateforme carbonatée du Sillon Préafricain montre une polarité est-ouest. A l'est, se développent des environnements peu profonds, de rampe interne/zone péritidale, à faune riche et diversifiée. A l'ouest, des environnements profonds, de rampe médiane/externe, à faune éparse et peu diversifiée, composée, entre autres, de foraminifères benthiques et planctoniques opportunistes sont présents. Les analyses géochimiques des éléments majeurs, mineurs et traces, couplées aux données paléontologiques, montrent une faible paléoproductivité et des eaux bien oxygénées, à l'exception des eaux de fond de la partie occidentale de la plateforme. Etant donné que le Sillon Préafricain est isolé de l'Atlantique par des hauts-fonds, parfois émergés, la dysoxie qui affecte la colonne d'eau est probablement liée à la remontée d'eaux profondes anoxiques, depuis la Téthys, en lien avec la transgression cénomanienne de second ordre enregistrée sur l'ensemble de la marge nord-africaine. Au Turonien inférieur, après l'excursion positive en δ13C et au maximum de la transgression, les dépôts carbonatés du Sillon Préafricain enregistrent d'importantes perturbations sédimentologiques, paléontologiques et géochimiques. Un environnement de rampe externe, peuplé de foraminifères benthiques monospécifiques et de foraminifères planctoniques opportunistes de surface, se met en place sur toute la plateforme. Les marqueurs géochimiques et paléontologiques indiquent la présence de conditions dysoxiques dans les eaux de fond et intermédiaires, en lien avec une forte paléoproductivité. Des perturbations similaires sont enregistrées à Agadir, où des blacks shales sont présents. Ces mauvaises conditions d'oxygénation, plus récentes que l'évènement global, ont également été mises en évidence en Atlantique Nord tropical et sur toute la partie occidentale de la plateforme saharienne. Les causes de cette dysoxie tardive sont encore mal connues. C'est pourquoi, en se basant sur nos nouvelles données et sur les modèles existant pour le Cénomanien supérieur, nous avons proposé un scénario expliquant sa mise en place. Les marqueurs chimiques et paléontologiques suggèrent que des eaux profondes chargées en éléments nutritifs, issus de l’activité volcanique et hydrothermale du plateau Caraïbe et des dorsales, voyagent en suivant des courants océaniques profonds ouest-est en provenance du Pacifique, et atteignent les côtes marocaines atlantiques. Des upwellings permettent alors la remontée de ces nutriments dans les eaux de surface, accentuant la paléoproductivité. La dégradation de la matière organique produite est à l'origine de la dysoxie/anoxie des eaux de fond et intermédiaires. Au même moment, la montée eustatique permet des connexions océaniques entre la région d'Agadir et le Sillon Préafricain via le Bassin de Ouarzazate. Les eaux atlantiques recouvrent alors la plateforme du Sillon Préafricain, amenant des nutriments qui s'ajoutent à ceux issus de l'altération de l'Anti-Atlas sous climat chaud et humide, et augmentent ainsi la paléoproductivité.

Titre traduit

Record of the upper cenomanian-lower turonian anoxic event in the west of the Saharan platform

Résumé

The global oceanic anoxic event (also known as OAE2) recorded at the Cenomanian–Turonian transition is widely recognized by a positive δ13C excursion. Its causes and mechanisms are still widely debated. In the North Atlantic and Tethyan oceans, the onset of poorly oxygenated conditions associated with the global event during the late Cenomanian seems to be mainly due to: 1/ the global palaeogeography, with a configuration of almost closed ocean basins, and 2/an enhanced palaeoproductivity, which could be linked to intense chemical weathering of continental land masses under hot and humid climates, and/or the influence of Caribbean Large Igneous Provinces as well as increased volcanic and hydrothermal activity at mid-ocean ridges. The major goal of this thesis is to characterize the Cenomanian-Turonian event, based on multidisciplinary studies of the West Saharan platform. For this purpose, sedimentological, palaeontological, stratigraphical, geochemical and mineralogical studies are carried out on the carbonate platform of the Preafrican Trough, Morocco. This platform is located on the western part of the Saharan platform, where sedimentation is subject to Tethyan and Atlantic marine influences. The anoxic/dysoxic is also investigated in other regions (Agadir cross section, along the Moroccan Atlantic margin, and Northern Tunisia, along the Tethyan margin) to bring new light to bear on our understanding of this event. During the late Cenomanian, the Preafrican Trough carbonate platform shows an East-West polarity. Shallow inner ramp/peritidal environments dominate in the eastern part, associated with an abundant and diverse fauna, while deeper environments of the mid/outer ramp are more prevalent in the western part, with rare and poorly diversified fauna, mainly composed of opportunist benthic and planktonic foraminifera. The combination of geochemical analyses (major, minor and trace elements) and palaeontological data indicate low palaeoproductivity and well-oxygenated waters; bottom waters are slightly dysoxic in the western part of the platform. During a second-order transgressive cycle in the Cenomanian, the Preafrican Trough is isolated from the Atlantic Ocean by thresholds, sometimes emerging above sea level. As a result, dysoxia is probably linked to the influx of poorly-oxygenated waters from the deeper anoxic basin of the Tethyan Ocean. In post-global event times, during the transgression maximum of the early Turonian, deposits in the Preafrican Trough record major sedimentological, palaeontological and geochemical disturbances. An outer ramp environment is established on the platform, which is colonized by opportunistic benthic and surface planktonic foraminifera. Geochemical and palaeontological proxies record high palaeoproductivity, leading to the establishment of dysoxic conditions in the bottom and intermediate waters. Similar disturbances are recorded in the Agadir section, where black shales are present. These dysoxic conditions, developed after the δ13C positive excursion, are also recognized in the tropical North Atlantic Ocean and the western part of the Saharan platform. The causes and mechanisms of this dysoxic episode are poorly understood. Based on our new Turonian data and the different models available for the late Cenomanian global anoxic event, it is possible to propose some mechanisms for the onset of Turonian dysoxia. Pacific Ocean bottom waters, rich in nutrients derived from the volcanic and hydrothermal activity of the Caribbean LIPs and oceanic ridge, were advected towards the east by ocean bottom currents and reached the Atlantic coast of Morocco. Then, upwelling led to the ascent of nutrients into the surface waters, increasing their palaeoproductivity. The decay of organic matter caused dysoxia/anoxia in the bottom and intermediate waters. At the same time, the eustatic rise in sea level facilitated the connection between the Agadir region and the Preafrican Trough, via the Ouarzazate Basin, thus favoring the migration of Atlantic waters toward the Preafrican Trough platform. The enhanced contribution of Atlantic nutrients reinforced the palaeoproductivity, supplying nutrients in addition to those derived from local weathering of the Anti-Atlas, under hot and wet climate conditions.