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Dynamique sédimentaire et conditions océaniques de surface sur le talus du Mackenzie au cours de l'holocène récent

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Kutos Yriza, Omnain Francis (2019). Dynamique sédimentaire et conditions océaniques de surface sur le talus du Mackenzie au cours de l'holocène récent. Mémoire. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 102 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: La composition minéralogique (fractions brute et argileuse) et géochimique, ainsi que les assemblages de kystes de dinoflagellés (dinokystes) ont été étudiés afin de reconstituer les apports détritiques et d'estimer les conditions des masses d'eau de surface liés à la variabilité hydroclimatique de l'Holocène récent au cours des derniers 2000 ans. Dans ce contexte, une carotte à boîte et une à gravité ont été prélevées sur le talus du Mackenzie (mer de Beaufort, Arctique canadien) et combinées en une séquence composite (AMD0214-03: 03CS). Quatre principales zones géochimiques et de dinokystes ont été déterminées sur la base d'une analyse de regroupement hiérarchique: La Zone I (2700 - 2000 cal yr BP) montre une granulométrie et des valeurs de l'ensemble des éléments géochimiques relativement constantes. Cette zone est dominée par des espèces autotrophes (kyste de Pentapharsodinium dalei et Operculodinium centrocarpum), de palynomorphes d'eau douce et pré-quaternaires. Les valeurs élevées de flux de dinokystes et de réseaux organiques de foraminifères suggèrent des productivités primaires et benthiques élevées, alors que les palynomorphes d'eau douce et pré-quaternaires suggèrent des apports importants d'eau douce en provenance du fleuve Mackenzie.
Les rapports minéralogiques élevés de illite/K-feldspath+plagioclase (I/Fsp) et bas de smectite+vermiculite/illite (S+V/I) suggèrent une provenance de sédiments du nord du bassin du fleuve Mackenzie en raison de fortes précipitations septentrionales, ce qui correspond à une configuration négative de l'oscillation décennale du Pacifique (ODP-) et à une faible dépression des Aléoutienne-ouest. La ODP- ainsi que la configuration positive de l'oscillation arctique (OA+; affaiblissement du gyre de Beaufort) au cours de cette période suggèrent également une augmentation des apports d'eau du Pacifique Nord (riche en nutriments); La Zone II (2000 - 200 cal yr BP) montre une diminution du taux de sédimentation (de 53 à 23 cm/ka), du flux des dinokystes ainsi que de l'ensemble des palynomorphes, ce qui suggère des conditions climatiques plus sèches en lien avec une diminution de la décharge du fleuve Mackenzie, ainsi qu'une productivité primaire diminuée. Les rapports I/Fsp et S+V/I indiquent une augmentation progressive des feldspaths et des smectites-vermiculites (minéraux caractéristiques du sud du bassin du fleuve Mackenzie). De plus, cette zone montre une diminution graduelle des espèces autotrophes vers la dominance des hétérotrophes qui devient plus marquée (productivité primaire possiblement dominée par des diatomées) dans une période qui correspond au début de l'Optimum climatique médiéval (OCM: ~ AD 800 - 1525) jusqu'à la fin du Petit âge glaciaire (PAG : ~ AD 1525 - 1865). L'OCM et le PAG sont marqués par l'augmentation de l'abondance relative de Spiniferites elongatus/frigidus (conditions relativement plus douces) et d'Islandinium minutum s.l. (conditions relativement plus froides), respectivement.
Ces résultats sont en accord avec un signal plus faible de l'OA (gyre de Beaufort renforcé) et d'un changement d'une phase ODP- (faible dépression des Aléoutiennes-ouest) à une phase ODP+ (forte dépression des Aléoutiennes-est) qui correspond à une diminution des précipitations au nord du Pacifique. Par contre, la Zone III (AD 1800 - 1950) montre une augmentation du Ts (jusqu'à 167 cm/ka), de certains rapports élémentaires (ex., Al/Ca, As/Al et Fe/Al) et minéralogiques (Argiles/Dol, I/Fsp et illite/kaolinite+chlorite) et une diminution du rapport S+V/I, ce qui indique une forte augmentation des apports sédimentaires du bassin nord du fleuve Mackenzie par rapport au bassin sud. Cependant, les valeurs relativement élevées en smectite et vermiculite (S+V/I) à la base de cette zone indiquent aussi une certaine contribution du bassin sud. Ceci est probablement contrôlé par une configuration ODP+ (forte dépression des Aléoutiennes-est), ce qui implique un transport d'humidité plus important vers le nord-ouest du continent nord-américain et à une augmentation des précipitations au sud du bassin du fleuve Mackenzie. Cette augmentation d'apport d'eau douce est également marquée par l'augmentation des flux de palynomorphes d'eau douce et pré-quaternaires. On y observe la co-dominance de taxons autotrophes et hétérotrophes. Finalement, la Zone IV (AD 1950 - moderne) est caractérisée par un taux de sédimentation élevé (143 cm/ka) et une augmentation de la taille des grains (2,7 à 4,1µm).
Les espèces autotrophes (Operculodinium centrocarpum et kyste de Pentapharsodinium dalei) et les conditions oxiques (augmentation de Fe-oxides) dominent. Les variations dans l'intensité des apports sédimentaires et d'eau douce du fleuve Mackenzie, ainsi que l'arrivée de masses d'eau en provenance du Pacifique sur le talus du Mackenzie, sont probablement dues au changement des modes de variabilité climatique du Pacifique. Ceci est semblable aux mécanismes actuels selon lesquels l'OA et l'ODP contrôlent la plupart des précipitations dans les bassins versants du fleuve Mackenzie et l'advection des eaux du Pacifique vers l'océan Arctique. -- Mot(s) clé(s) en français : Holocène récent; secteur canadien de la mer de Beaufort; talus du Mackenzie; Kystes de dinoflagellés; Minéralogie totale et des argiles; Géochimie élémentaire; Oscillation décennale du Pacifique; Oscillation Arctique; Dépression des Aléoutiennes. -- ABSTRACT: Bulk and clay mineralogy and elemental geochemistry, together with dinoflagellate cyst (dinocyst) assemblages, were investigated in order to reconstruct detrital inputs and to estimate sea-surface conditions related to late Holocene ocean-climate variability over the last 2000 years. In this context, a box core (BC) and a trigger weight core (TWC) were recovered from the Mackenzie Slope (Beaufort Sea, Canadian Arctic) and combined into a composite sequence (AMD0214-03: 03CS). Four main geochemical and dinocyst zones were determined based on constrained cluster analysis: Zone I (2700 - 2000 cal yr BP) reveals relatively constant values in grain size and all geochemical elements. This zone is dominated by autotrophic taxa (cyst of Pentapharsodinium dalei and Operculodinium centrocarpum), by freshwater and pre-Quaternary palynomorphs. High dinocyst and foraminifer organic lining influxes suggest important primary and benthic productivities, whereas freshwater and pre-Quaternary palynomorphs suggest important freshwater inputs from the Mackenzie River. The high illite/K-feldspar+plagioclase (I/Fsp) and smectite/vermiculite/illite (S+V/I) mineralogical ratios suggest northern Mackenzie Basin sediment sources due to strong northern precipitations, corresponding to a negative phase of the Pacific Decadal Oscillation (PDO-).
A PDO- and a positive phase of the Arctic Oscillation (AO+; weak Beaufort Gyre) during this period also suggest an increase in North Pacific nutrient-rich waters; Zone II (2000 - 200 cal yr BP) shows a decrease of the sedimentation rate (from 53 to 23 cm/ka), dinocysts and all palynomorph influxes, suggesting drier weather conditions associated with a decrease in the Mackenzie River discharge, together with a reduced primary productivity. The mineralogical ratios I/Fsp and S+V/I show a gradual increase in the input of feldspars and smectite-vermiculite, which are characteristic minerals from the southern Mackenzie basin. Moreover, this zone shows a gradual decrease of autotrophic species in favor of heterotrophic taxa, which intensified (primary productivity possibly dominated by diatoms) in a period coinciding with the beginning of the Medieval Warm Period (MWP: ~ AD 800 - 1525) and the end of the Little Ice Age (LIA: ~ AD 1525 - 1865). The MWP and the LIA are marked by an increase in the relative abundances of Spiniferites elongatus/frigidus (relatively milder conditions) and Islandinium minutum s.l. (relatively colder conditions), respectively. These results agree with a weaker signal in AO (stronger Beaufort Gyre) and with changes from a the PDO- state (weak west Aleutian Low) to a PDO+ state (strong east Aleutian Low) which correspond with a gradual decrease in the amount of precipitation over the North Pacific. However, Zone III (AD 1800 - 1950) displays a sharp increase in the sedimentation rate (up to 167 cm/ka) and in certain elemental (e.g., Al/Ca, As/Al and Fe/Al), mineralogical (total clays/dolomite, I/Fsp and illite/kaolinite+chlorite) ratios, and a decrease in the S+V/I ratio, suggesting increasing detrital input from the northern basin of the Mackenzie River in relation to the southern basin.
However, the beginning of the zone is marked by relatively high values of smectite and vermiculite, which indicates some contribution from the southern basin. This is probably controlled by a PDO+ phase (strong east Aleutian Low), which induces more moisture to the northwestern North American continent and increased precipitation in the southern part of the Mackenzie River basin. The increasing freshwater input is concomitant with those of the freshwater and pre-Quaternary palynomorph influxes. The co-dominance of autotrophic and heterotrophic taxa is also observed. Finally, Zone IV (AD 1950 - modern) is characterized by a high sedimentation rate (143 cm/ka) and increasing grain size (2.7 to 4.1 µm). Autotrophic taxa (Operculodinium centrocarpum and cyst of Pentapharsodinium dalei) and oxic conditions (increase in Fe-oxides) dominate. Sediment and freshwater input intensity variations from the Mackenzie River, as well as the entry of Pacific water over the Mackenzie Slope, are likely due to changing patterns of Pacific climate variability. This could be similar to the current mechanisms under which the PDO and the AO control most precipitations in the Mackenzie River basins and the Pacific water advection toward the Arctic Ocean. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Late Holocene, Canadian Beaufort Sea; Mackenzie Slope; Dinoflagellate cysts; Bulk and clay mineralogy; Geochemistry; Pacific Decadal Oscillation; Arctic Oscillation; Aleutian Low.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Rochon, André
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Montero-Serrano, Jean-Carlos
Information complémentaire : Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en océanographie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences (M.Sc.).
Mots-clés : Mer Beaufort Delta Fleuve Mackenzie Talus Sedimentologie Oceanographie Holocene
Départements et unités départementales : Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 26 oct. 2020 15:10
Dernière modification : 26 oct. 2020 15:10
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1649

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