Calibration of the clumped-isotope thermometer in foraminifera and its application to paleoclimatic reconstructions of the mid-Pleistocene in the Gulf of Taranto

par Marion Peral

Thèse de doctorat en Terre solide : géodynamique des enveloppes supérieures, paléobiosphère

Sous la direction de Dominique Blamart et de Franck Bassinot.

  • Titre traduit

    Calibration du thermomètre "clumping isotopique" dans les foraminifères et son application à des reconstitutions paléoclimatologiques du Pléistocène moyen dans le Golfe de Tarente


  • Résumé

    Quantifier les variations de température océanique du passé est nécessaire pour comprendre les mécanismes qui régissent l’évolution climatique. Les méthodes de paléo-thermométrie classiques peuvent souffrir de limitation inhérente à l’écologie des organismes et/ou à cause de l’influence d'effets physico-chimiques (salinité, acidité de l’eau de mer…). Ce travail se focalise sur la technique de paléothermométrie Δ47, qui repose sur la mesure du « clumping isotopique » dans les carbonates. Il vise d’abord à établir une calibration appliquée aux foraminifères et ensuite à mettre en œuvre cette calibration pour l’étude des variations climatiques au cours de la transition du Pléistocène moyen (MPT). Notre calibration Δ47-température des foraminifères planctoniques et benthiques, prélevés dans des sédiments modernes, couvre une gamme de température de -2 à 25°C. Les valeurs de Δ47 sur 9 espèces de foraminifères présentent une excellente corrélation avec la température de calcification des organismes, estimée à partir des mesures isotopiques de l’oxygène. Les résultats obtenus confirment l’absence d’effets liés à l’écologie des foraminifères (effets vitaux et de taille des organismes) et démontrent que la salinité n’affecte pas les mesures de Δ47. Cette étude constitue une avancée méthodologique importante pour les futures études paléocéanographiques sur les foraminifères. La MPT correspond à une transition climatique marquée par un changement de fréquence des cycles glaciaires-interglaciaires (de 41 000 à 100 000 ans). La compréhension de cette période est un enjeu scientifique majeur pour appréhender la mise en place du climat actuel. Notre calibration Δ47-température a permis de quantifier les variations de températures au cours de la MPT en mer méditerranée (Section de Montalbano Jonico, sud de l’Italie) et particulièrement des stades isotopiques marins 31 et 19, considérés comme des analogues à l’Holocène. Les résultats indiquent que (i) les températures (Δ47) obtenues sont en adéquation avec les températures obtenues par d’autres paléothermomètres, (2) les températures permettent de retracer les changements de régime océanographique et hydrologique, et (3) la mesure du Δ47 est complément prometteur pour les études multi-méthodes en paléocéanographie.


  • Résumé

    The quantification of past oceanic temperature changes is a critical requirement for understanding the mechanisms which regulate climate variations. Classical methods of paleothermometry could suffer from well-known limitations related to ecology and/or to physico-chemical biases (sea water salinity, acidity…). This work focuses on clumped-isotope carbonate thermometry (Δ47). It aims to establish a calibration of Δ47 foraminifera and use it to study past climatic variations through the Mid-Pleistocene Transition (MPT). Our Δ47 calibration in planktonic and benthic foraminifera collected from modern marine sediment covers a temperature range of -2 to 25 °C. The clumped-isotope compositions of 9 species of foraminifera show a robust correlation with the calcification temperature, estimated from the measurements of oxygen-18. These results confirm the absence of bias linked to foraminifer ecology (species-specific and foraminifer size effects) and provide evidence that salinity does not affect the Δ47 thermometer. This study constitutes significant methodological progress for future paleoceanographic applications in foraminifera.The MPT is a climatic transition characterized by a shift in the frequencies of glacial-interglacial cycles (from 41 000 to 100 000 years). Understanding the MPT is a major scientific objective, which underlies our effort to study the establishment of our present climate. Our Δ47 calibration was used to quantify temperature changes through the MPT in the Mediterranea Sea (Montalbano Jonico section, south of Italy), and in particular the marine isotopic stages 31 and 19, which may be described as Holocene analogues. We find that (1) Δ47 temperatures are in good agreement with temperatures reconstructed from other paleothermometers, (2) these results allow reconstructing changes in past oceanographic and hydrologic regime, and (3) Δ47 measurement are a promising component of multi-proxy paleoceanographic studies.


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