Publications et congrès

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In the aftermath of the end-Permian mass extinction, Early Triassic sediments record some of the largest Phanerozoic carbon isotopic excursions. Among them, a global Smithian-negative carbonate carbon isotope excursion has been identified, followed by an abrupt increase across the Smithian–Spathian boundary (SSB; ~250.8 Myr ago). This chemostratigraphic evolution is associated with palaeontological evidence that indicate a major collapse of terrestrial and marine ecosystems during the Late Smithian. It is commonly assumed that Smithian and Spathian isotopic variations are intimately linked to major perturbations in the exogenic carbon reservoir. We present paired carbon isotopes measurements from the Thaynes Group (Utah, USA) to evaluate the extent to which the Early Triassic isotopic perturbations reflect changes in the exogenic carbon cycle. The δ13Ccarb variations obtained here reproduce the known Smithian δ13Ccarb-negative excursion. However, the δ13C signal of the bulk organic matter is invariant across the SSB and variations in the δ34S signal of sedimentary sulphides are interpreted here to reflect the intensity of sediment remobilization. We argue that Middle to Late Smithian δ13Ccarb signal in the shallow marine environments of the Thaynes Group does not reflect secular evolution of the exogenic carbon cycle but rather physicochemical conditions at the sediment–water interface leading to authigenic carbonate formation during early diagenetic processes.

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The Lower Triassic Mineral Mountains area (Utah, USA) preserves diversified Smithian and Spathian reefs and bioaccumulations that contain fenestral- microbialites and various benthic and pelagic organisms. Ecological and environmental changes during the Early Triassic are commonly assumed to be associated with numerous perturbations (productivity changes, acidification, redox changes, hypercapnia, eustatism and temperature changes) post-dating the Permian–Triassic mass extinction. New data acquired in the Mineral Mountains sediments provide evidence to decipher the relationships between depositional environments and the growth and distribution of microbial structures. These data also help to understand better the controlling factors acting upon sedimentation and community turnovers through the Smithian–early Spathian. The studied section records a large-scale depositional sequence during the Dienerian(?)–Spathian interval. During the transgression, depositional environments evolved from a coastal bay with continental deposits to intertidal fenestral–microbial limestones, shallow subtidal marine sponge–microbial reefs to deep subtidal mud-dominated limestones. Storm-induced deposits, microbialite–sponge reefs and shallow subtidal deposits indicate the regression. Three microbialite associations occur in ascending order: (i) a red beds microbialite association deposited in low-energy hypersaline supratidal conditions where microbialites consist of microbial mats and poorly preserved microbially induced sedimentary structure; (ii) a Smithian microbialite association formed in moderate to high-energy, tidal conditions where microbialites include stromatolites and associated carbonate grains (oncoids, ooids and peloids); and (iii) a Spathian microbialite association developed in low-energy offshore conditions that is preserved as multiple decimetre thick isolated domes and coalescent domes. Data indicate that the morphologies of the three microbialite associations are controlled primarily by accommodation, hydrodynamics, bathymetry and grain supply. This study suggests that microbial constructions are controlled by changes between trapping and binding versus precipitation processes in variable hydrodynamic conditions. Due to the presence of numerous metazoans associated with microbialites throughout the Smithian increase in accommodation and Spathian decrease in accommodation, the commonly assumed anachronistic character of the Early Triassic microbialites and the traditional view of prolonged deleterious conditions during the Early Triassic time interval is questioned.

Keywords Depositional environments, Early Triassic recovery, microbialites, reef evolution, Smithian, Spathian, Utah.

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Cette étude donne un aperçu quantitatif sur l'évolution à long terme de la morphotectonique du massif de Bohême, une vaste région de hautes terres de l'Europe centrale. Sur la base de contraintes stratigraphiques et paléographique indépendantes fournis par les bassins sédimentaires adjacents, par la présence de résidus sédimentaires du Jurassique supérieur sur le socle cristallin, et par l'apparition d'une discordance régionale au Crétacé inférieur, la modélisation thermique inverse couplé aux données traces de fission et (U -Th) / He sur apatite a produit des modèles de refroidissement pour 59 échantillons de roche largement réparties. Les résultats indiquent que l'évolution post-hercynienne du massif de Bohême était étonnamment riche en événements pour une région intraplaque de bas-relief. La conversion des paléotempératures en épaisseurs de dépôts sédimentaires érodées soutient la preuve du (i) dépôt d'une couverture > à 1 km d'épaisseur de roches du Jurassique supérieur (ii) de son ablation lors d'une manifestation précoce de l’inversion du bassin au Crétacé inférieur, (iii) de l'enfouissement sous des sédiments du Crétacé supérieur, et (iv) une seconde ablation dès le début de l’inversion tectonique cénozoïque impliquant un décapage partielle de la couverture crétacée. Une hétérogénéité spatiale de la réponse crustale est attribuée à la réactivation des grandes failles profondes héritées de la phase hercynienne. Leur vergence Nord est attribuée aux tensions sur la croûte correspondant à la transmission des contraintes de la convergence alpine au massif de Bohême et au-delà.

 

L’exhumation des roches de la croûte peut être contrainte en utilisant la thermochronologie basse température. L’interprétation de l'estimation de la dénudation est effectuée en utilisant la technique de la modélisation inverse. Les solutions de cette modélisation ne sont pas toujours satisfaisantes, car elles peuvent être trop larges ou entrées en conflit avec les données géologiques indépendantes. Cette étude montre que l'apport des contraintes géologiques est nécessaire pour obtenir une histoire d'exhumation précise et affinée. Les données traces de fission sur cristaux d’apatites (TFA) ont été acquises sur les massifs de l’Ardenne et du Brabant, en particulier sur des cinérites viséennes. Lorsque les contraintes géologiques sont prises en compte, la modélisation de ces données TFA met en évidence un épisode de hausse de la température de l'ordre de 70 ± 10°C pendant le Crétacé supérieur. Ces contraintes sont notamment la présence du soubassement Paléozoïque ardennais en surface 1) au cours du Permien - Trias, soutenue par les restes d'une couverture détritique du Permien supérieur - Trias conservée dans le Sud de l'Ardenne et dans le Haut Stavelot (Malmédy Graben), et 2) une mise en surface de ce même soubassement durant le Crétacé inférieur et au début du Crétacé supérieur, attesté par les âges radiométriques des profils d'altération développés localement sur l'Ardenne. L’enfouissement des massifs de l'Ardenne et du Brabant en vertu d'une importante couverture sédimentaire (≥ 500 m) composée par les dépôts du Crétacé supérieur est proposé. Cette conclusion diffère de précédents travaux de thermochronologies qui ont émis l'hypothèse d'une exhumation progressive au cours du Mésozoïque et du Cénozoïque. Une vaste zone de dépôt marin peut avoir existé pendant le Crétacé supérieur sur l'échelle de l'Europe occidentale, y compris le bassin de Paris, le bassin de Londres et le bassin Ouest néerlandais. Cette couverture a ensuite été altérée et érodée surtout pendant le Paléogène précoce lorsque les massifs de l’Ardenne et du Brabant ont été soulevés à la suite de l'ouverture de l'Atlantique Nord (province magmatique) et la collision entre l'Europe et l'Afrique.

 

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L’excursion négative de 3-8 ‰ des isotopes du carbone associée à l'événement anoxique océanique du Toarcien inférieur (OAE ; ~ 183 Ma) représente l'une des perturbations les plus importantes du cycle du carbone dans les 200 derniers millions d'années. Cependant, l'origine de cette excursion reste vivement débattue, principalement en raison des incertitudes dans l'estimation de sa durée, qui varie de ~ 200 ka à 1 Ma. Ce travail présente une nouvelle calibration orbitale de l'excursion isotopique du carbone au Toarcien inférieur sur la base des analyses spectrales de deux ensembles de données indépendantes provenant de l’enregistrement sédimentaire de deux sections hémipélagiques du Portugal (Peniche) et dans le bassin SW de l'Allemagne (Dotternhausen), afin de mieux contraindre l’étendue de cette excursion et donc de son origine. Ces analyses révèlent que les cycles orbitaux peuvent exercer une forte influence sur la teneur en carbonate de calcium et sur les niveaux de gris des schistes noirs au Portugal et en Allemagne, ce qui nous permettent de proposer une durée de ≥ 1,9 Ma pour le Toarcien inférieur et de ~ 900 ka pour l'excursion isotopique du carbone. À la lumière de cette nouvelle échelle des temps cyclostratigraphiques, l'entrée massive de carbone isotopiquement léger est associée à la mise en place de la province basaltique du Karoo-Ferrar et apparaît comme la cause la plus probable de l’excursion isotopique du carbone mondial au Toarcien.
Ce travail montre aussi que la perturbation isotopique en carbone a coïncidé avec une transition entre les cycles de précession-excentricité-obliquité ce qui suggère que l'OAE a été marquée par un changement fondamental dans la réponse du système climatique, ce qui a permis au signal d’obliquité, normalement mieux enregistrées dans les hautes latitudes, d’être un facteur dominant du « forcing » des cycles sédimentaires à des latitudes tropicales.

 

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Les black shales du Toarcien inférieur (Schistes carton en France, Jet Rock en Angleterre, Posidonia Shale en Allemagne) sont formés par des alternances de lamines millimétriques claires et sombres. Une étude des surfaces polies de carottes de forage (Dotternhausen, SW de l'Allemagne) a été réalisée au MEB afin de caractériser les micro-faciès des différentes lamines et leur contenu en nannofossiles. Deux principaux intervalles ont été reconnus où les lamines et le contenu en nannofossiles sont significativement différentes. 1) Dans l'intervalle riche en argile, caractérisé par un important pourcentage en poids total de carbone organique et une grande excursion négative des isotopes du carbone (à la fois dans les carbonates et la matière organique), la lamination est bien foliées ou grumeleux, et atteste de l'absence ou la faible présence de vie benthique. Les nannofossiles sont rares et concentrés uniquement dans les couches distinctes séparées par de grands intervalles abiotiques. Les assemblages sont indicatifs d'une nutricline peu profonde. La présence sporadique d'éléments nutritifs est mise en évidence par les fluctuations de l'abondance des spécimens de Biscutaceae. Les éléments nutritifs ont probablement été délivrés dans le bassin SW germanique par l'afflux des rivières. Différentes variétés de framboïdes de pyrite ont été reconnus dans cet intervalle, les plus petits (~ 2 µm) ayant probablement précipité dans une colonne d'eau anoxique et sulfurés. L'intervalle riche en argile a probablement été déposé au cours d’un bas niveau marin dans un bassin fermé. Ces conditions ont été suivies par une hausse du niveau marin et une meilleure circulation des masses d'eau dans le bassin SW germanique. 2) Dans un autre intervalle, la sédimentation enregistre une augmentation de la proportion en carbonate et une diminution corrélative de la teneur en matières organiques ainsi qu’un retour  à des valeurs de pré-excursion des isotopes de carbone. Les lamines sont nettement moins stratifiées, la pyrite framboïdale a presque disparu, et des assemblages de nannofossiles riches et diversifiées sont enregistrées. Les conditions marines ont probablement été très fluctuante, comme indiqué par l'alternance d'intervalles dominés tour à tour par Schizosphaerella spp., qui se développe dans des conditions généralement oligotrophes, où les nutriments ont été temporairement disponibles dans les eaux de surface à cause des tempêtes. Crepidolithus spp., atteste par ailleurs la présence d’une nutricline profonde. Les résultats de ce travail cadrent bien avec un modèle de bassin seuil.

 

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