High-resolution climatic reconstruction in the tropical Pacific based on biocarbonate archives
Reconstitutions climatiques à haute-résolution dans le Pacifique tropical à partir d'archives biocarbonatées
Résumé
In the current context of global change and the associated need to provide forecasts on the future evolution of the climate as precise as possible, it is crucial to have a deep understanding of the earth climate system. Pacific Ocean is an important compartment of this system. It is the place of strong ocean-atmosphere interactions and the birthplace of the El Niño Southern Oscillation (ENSO), the impacts of which are catastrophic for the environments and the populations. The current knowledge on ENSO partly relies on observations which are however limited in time. To increase this dataset and understand the natural climate variability, additional data are acquired for past periods, based on various type of archives. Because ENSO occurrences are connected with the seasonal variability and last several months, high temporal resolution information, are necessary.
In this manuscript I shall describe how I tried to develop, and to apply, environmental proxies from biocarbonate archives in the tropical Pacific Ocean to reconstruct the monthly or infra-monthly variability of the sea surface temperatures (SSTs) and the evaporation/precipitation balance. To do that, I focused my works on the mollusk shells and Porites sp coral skeleton. These archives contain various tracers (growth and geochemical variations) of the sought environmental variables. I will show that the thicknesses of growth decreases of the Protothaca thaca bivalve shells (East Pacific) indicate occurrences of El Nino events. In the Western part of the Pacific basin, changes in daily increment thicknesses in two Tridacnidae species, Tridacna maxima and Hippopus hippopus are related to SST changes but also depend on physiological condition of the animals.
While certain geochemical tracers (Sr/Ca, δ18O) within Porites sp. Skeleton can be used with a certain confidence, this is not always the case for the mollusk shells. I will show that the use of Mg/Ca as a SST proxy depends on the species and that physiology and very early diagenesis are obstacles in the use of this proxy. In T. maxima and H hippopus, δ18O can be used as a tracer of SST and of the evaporation/precipitation balance. To reconstruct variations of these parameters during the Mid-Holocene, I worked on fossil giant clams and corals, after diagenesis assessment. I will show how various types of diagenesis impact the microstructure, the geochemistry, and the reconstructed environmental parameter. I will also propose hypotheses on the diagenesis process itself.
Based on results obtained from Mid-Holocene archives, I will show that the post-glacial SST rise was reached at around 6.5-6 ka BP in the Southwest Pacific, that the South Pacific Convergence Zone influence was more probably reduced, the Hadley circulation enhanced, and that ENSO variability was probably reduced. The work done on Lapita (3 ka BP) Tridacnidae confirmed that the Lapita migration has probably been favored by an increase in climatic variability.
The last chapter deals with the future directions I would like to give to my research that include i/ better understand the incorporation of proxies in mollusk and ii/ try to propose solution for sustainable management of tropical ecosystems based on the use of biocarbonate as recorder of the environment and its disturbances.
Dans le contexte actuel du changement climatique et la nécessité de fournir des prédictions du climat futur aussi précises que possible, il est primordial de connaître au mieux notre système climatique. L'Océan Pacifique est un compartiment important de ce système, lieu d'interactions océan-atmosphère fortes et où naît l'Oscillation australe El Niño (ENSO), dont les impacts sont catastrophiques pour l'environnement et les populations. Nos connaissances de ce phénomène sont basées en partie sur des observations, qui restent cependant limitées dans le temps. Pour pallier le manque de données et mieux comprendre la variabilité naturelle du climat, des données supplémentaires sont acquises pour des périodes passées à partir de différentes archives. Comme les occurrences ENSO sont liées à la variabilité saisonnière et durent quelques mois, il est nécessaire d'obtenir des données de l'environnement à haute résolution temporelle.
Dans ce manuscrit je montrerai comment j'ai tenté de développer, puis d'appliquer, différents traceurs présents au sein d'archives biocarbonatés (mollusques et coraux) pour obtenir des données de la température de surface de l'eau (SST) et de la balance précipitation/évaporation à une échelle mensuelle à infra-mensuelle. Je montrerai que les diminutions de croissance des coquilles du bivalve Protothaca thaca (Pacifique Est) indiquent des occurrences d'événements El Niño. Dans l'ouest du Pacifique, les variations d'épaisseur des incréments journaliers des coquilles de Tridacna maxima et Hippopus hippopus (Tridacnidae) sont liées aux changements de SST mais dépendent également de l'état physiologique des animaux. Alors que certains traceurs géochimiques (Sr/Ca, δ18O) au sein du squelette de Porites sp. peuvent être utilisés avec une certain confiance, ce n'est pas toujours le cas pour les coquilles de mollusques. Je montrerai que l'utilisation du rapport Mg/Ca comme traceur de la SST dépend de l'espèce considérée et que la physiologie et la diagenèse très précoce sont un obstacle à l'utilisation de ce proxy. Au sein de T. maxima and H hippopus, le δ18O peut être utilisé comme traceur des variations de SST et de la balance précipitation/évaporation. Pour reconstruire les variations passées de ces paramètres, des archives fossiles sont utilisées. Je montrerai comment différents types de diagenèse impactent la microstructure, la géochimie, et les paramètres environnementaux reconstruits. Je proposerai également des hypothèses concernant les processus diagénétiques eux-mêmes. A partir d'archives datant de l'Holocène moyen, je montrerai que la remontée des SSTs, après la dernière époque glaciaire, était terminée à partir de 6.5-6 ka BP dans le Sud-ouest Pacifique, que l'influence de la zone de convergence du Pacifique Sud était très probablement réduite, la circulation de Hadley plus importante, et la variabilité ENSO réduite. Les travaux faits à partir de Tridacnidae de sites Lapita (3 ka BP) confirment que la migration Lapita a été favorisée par une augmentation de la variabilité climatique.
Le dernier chapitre est consacré aux futures directions que j'aimerai donner à mes travaux de recherches qui incluent entre autres de i/ mieux comprendre les processus d'incorporation des proxies au sein des coquilles de mollusques et ii/ tenter de proposer des solutions pour une gestion durable des écosystèmes tropicaux en utilisant les archives biocarbonatés comme enregistreurs de l'environnement et de ses perturbations.