Validation et utilisation de la micro-fluorescence X pour caractériser des varves clastiques et quantification des paléoclimats de l'Holocène récent dans le Haut Arctique canadien.

Cuven, Stéphanie (2009). Validation et utilisation de la micro-fluorescence X pour caractériser des varves clastiques et quantification des paléoclimats de l'Holocène récent dans le Haut Arctique canadien. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 352 p.

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Résumé

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La mise en place des protocoles d'utilisation de l'Itraxru Core Scanner disponible à I'INRS-ETE (Québec, Canada) et la reconnaissance des limites de son utilisation en sédimentologie ont permis de définir les meilleurs paramétrages pour l'obtention d'une image optique, d'une microradiographie et d'une analyse de micro-fluorescence X (pXRF) de qualité dans le cas du sédiment de Cape Bounty. Les profils chimiques p-XRF (Zr, Si, Ti, K et Fe) varient en fonction de la taille des grains. Cette relation a été validée par comparaison avec des : 1) analyses d'ICP-AES et de granulométrie laser à l'échelle macroscopique; 2) analyses EDS et granulométriques par analyse d'imageries MEB à l'échelle microscopique. Ainsi, de nouveaux indicateurs paléohydrologiques ont été établis pour la reconnaissance des différents faciès sédimentaires qui composent les varves clastiques à Cape Bounty. L'abondance du Fe et du K augmente dans les argiles déposées lentement en hiver sous le couvert de glace, l'abondance du Ti augmente dans les silts fins à moyens transférés du bassin versant au lac par la fonte du couvert neigeux au printemps, l'abondance du Zr et du Si augmente dans les silts grossiers et sables fins déposés lors d'un débit de plus haute énergie au printemps (courant de turbidité) ou lors de pluies estivales. La longue séquence sédimentaire varvée du lac Est (74"55N; 109'30W) à Cape Bounty (île Melville, Nunavut) contient un enregistrement haute résolution pour les 4200 dernières années et représente ainsi la 2ème plus longue série varvée du Haut-Arctique canadien. Sa localisation à l'ouest des îles de la Reine-Élisabeth (QED contribue à élargir la base de données de cette région très peu documentée, et contribue ainsi à approfondir la compréhension des variabilités climatiques à l'échelle temporelle et spatiale. La variabilité de la fabrique sédimentaire et celle des résultats p-XRF ont révélé que la sédimentation du lac Est était d'origine marine au cours de la période de dépôts nonlaminés; et qu'elle a progressé vers un environnement estuarien avec l'apparition de fines varves marquant le début de l'émersion du bassin vers l'année varvaire 2192 BC; jusqu'à l'isolation totale du lac avec la présence de varves bien définie depuis l'année varvaire 244 AD. L'épaisseur des varves est corrélée avec l'augmentation de l'épaisseur du couvert neigeux au début de la saison de fonte et la diminution de la température de septembre à mai. La comparaison des conditions climatiques reconstruites à Cape Bounty (à l'ouest QEI) avec celles reconstruites à l'est QEI, pour les dernières 4200 années, montre généralement des similitudes avec les conditions à l'échelle annuelle du site d'Agassiz, tandis qu'elle montre des contrastes avec les températures de juillet sur le site de Lower Murray, tous deux à l'est (QED. La comparaison de l'épaisseur des varves du lac Est avec les celles des lacs South Sawtooth et Nicolay a montré une augmentation de l'apport sédimentaire synchrone avec une baisse de la température arctique moyenne, une baisse de l'activité solaire et une hausse de l'activité volcanique, ceci pour les périodes comprises entre les années varvaires 1600-1750 AD et 1810-1910 AD. L'analyse par transformation en ondelette de la série d'épaisseur des varves à Cape Bounty montre que ce site répond à l'oscillation atlantique multi-décennale pour les années varvaires 600-850 AD, 1400-1500 AD et 1750-1850 AD. Une nouvelle méthode de reconstruction climatique qui utilise les résultats p-XRF (rapport ZrlK) a permis délimiter et de reconstruire la fréquence des évènements extrêmes (dépôts à granulométrie grossière) de Cape Bounty pour les 1760 dernières années. Ces évènements sont liés aux pluies estivales de faible intensité (< 5 mm), aux précipitations neigeuses et aux températures mai-août. À partir de ce nouvel indicateur, la période médiévale est représentée à Cape Bounfy, et les conditions climatiques sont en accord avec celles d'Agassiz. Les forçages volcaniques et solaires semblent avoir influencé la granulométrie des dépôts à Cape Bounty pour la période pré-anthropogénique. Depuis l'année varvaire 1840 AD, l'augmentation de la fréquence d'évènements extrêmes à forte granulométrie est synchrone avec l'augmentation des gaz à effet de serre, en plus de l'augmentation de l'activité solaire et la baisse de l'activité volcanique.

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The definition of the best protocols for handling the Itraxr" Core Scanner at the INRSETE (Québec, Canada) and the recognition of its limits in sedimentology, has facilitated the acquisition of high-quality optical images, microradiographies and micro X-ray fluorescence (p-XM) analyses in Cape Bounty sediment. The trr-XRF profiles (Zr, Si, Ti, K et Fe) are grain-size dependent. They have been compared with results of: l) ICP-AES and laser diffraction size-analyser at macroscale; 2) EDS and grain-size (image analysis on SEM images) analyses at microscale. Therefore, new paleohydrological proxies have been developed for the recognition of different sedimentary facies composing the clastic varves at Cape Bounty. Fe and K abundance increases in clay layers which are slowly deposited under the ice cover in winter, Ti abundance increases in fine-medium silt layers which are transferred from the watershed to the lake during the snowmelt in spring, and Zr and Si abundance increases in coarse-silt to fine sand layers which are deposited during higher energy events in spring (turbidity currents) or summer rainfalls. The long-term clastic-clay varved sediment sequence from Cape Bounty East Lake in Melville Island (74'55N; 109'30V/) contains a high resolution proxy record of paleohydrologic variations for the last 4200 years. It represents the second longest varved series in the Canadian High Arctic. Its localisation in the western part of the Queen's Elisabeth Islands (QED contributes to geographically widen the dataset in this poorly documented environment. It is essential to a better understanding of the spatial extent, timing and amplitude of climate variability in this sensitive environment. Variability in sedimentary fabric and p-XRF results reflect that East Lake was in a marine environment during the period of non-laminated deposits. This interval was followed by an estuarine environment with presence of fine varves. The latter interval corresponds to the beginning of East Lake emergence in varve year 2192 BC which progressed to a totally isolated basin with presence of well defined varves until varve year 244 AD. Varve thickness (VT) is linked to increased snow depth at the beginning of the melting period and to low Sept-May temperatures. For the last 4200 years, climate conditions atCape Bounty (West QEI) were mainly synchronous with annual climate conditions at Agassiz Ice Cap, while they were usually in opposite trends with July temperatures at Lower Murray Lake, both sites being located in East QEI. For the last 500 years, increased VT from East, South Sawtooth and Nicolay lakes were synchronous with low mean Arctic temperature, low solar activity and high volcanic activity during the varves years 1600-1750 AD and 18101910 AD. The decomposition of varve thickness signal using wavelets indicated that Cape Bounty sediment transfer responds to the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO). A new method for climate reconstruction using p-XRF results (ZrlK\ which delineate extreme events (coarse grained deposits) provides another climate changes reconstruction at Cape Bounty for the last 1760 years. Coarse grained deliveries are likely due to higher runoff produced by higher low-intensity summer rainfall (< 5 mm), higher winter snowfall and warmer May-August months. ZrlK indicated that the occurrence of coarsegrained deposits at Cape Bounty increased during the Medieval Warm Period. These climate conditions were mostly synchronous with those from Agassiz Ice Cap. Volcanic and solar forcing seemed to have played a major role in sediment coarsening variability during the pre-anthropogenic period. Moreover, a clear lacustrine deposits coarsening since 1840 AD is attributed to high Greenhouse gas (GHGs) concentrations, low volcanism and high solar irradiance.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Francus, Pierre
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Lamoureux, Scott
Mots-clés libres:	micro-fluorescence X; varves clastiques; paléoclimats, Holocène; Haut-Arctique canadien
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	28 févr. 2024 20:11
Dernière modification:	28 févr. 2024 20:11
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13618

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