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La dernière période interglaciaire dans les alpes : une perspective à partir des spéléothèmes

Résumé de thèse
The last interglacial period in the Alps: a speleothem perspective
Charlotte Honiat

Notes de l’auteur

Thèse co-dirigée par Christoph SPÖTL et Stéphane JAILLET, disponible sur demande auprès de l’auteur.

Texte intégral

1Le dernier interglaciaire (LIG, ~130-116 ka) a été l'un des interglaciaires les plus chauds des 800 000 dernières années. Bien que le forçage climatique ait été différent de celui de l'Holocène actuel (par exemple, une insolation plus élevée), les reconstructions climatiques du LIG fournissent des contraintes importantes pour les prévisions de conditions climatiques futures plus chaudes qu'aujourd'hui. Les reconstitutions paléoclimatiques du LIG les plus largement disponibles proviennent de sédiments marins et terrestres tels que des lacs et des tourbières, mais elles manquent souvent d'un contrôle strict de l'âge. Pour remédier à ce problème et compléter les données existantes, les archives choisies dans le cadre de ce projet de doctorat sont les spéléothèmes, qui offrent un contrôle supérieur de l'âge et fournissent des informations indirectes fiables sur le climat passé. Le choix des Alpes européennes comme site d'étude s'explique par plusieurs raisons : il s'agit d'une région climatiquement sensible où le réchauffement s'amplifie avec l'altitude et qui constitue également une importante barrière contre l'humidité en Europe centrale. Comprendre comment les changements hydroclimatiques se manifestent à haute altitude et autour de cette barrière topographique dans un monde plus chaud est également important pour évaluer les futures ressources en eau en Europe.

2Les objectifs de cette thèse étaient i) de fournir un enregistrement multi-proxy répliqué et précisément daté des spéléothèmes des Alpes (voir la figure 1 pour les différents sites) en utilisant des techniques de déséquilibre des séries d'uranium de haute précision et des analyses d'isotopes stables de haute résolution (fig. 2), ii) d'établir un enregistrement quantitatif de la température pour les Alpes basé sur des données de proxy inorganiques (inclusions de fluides ; fig. 3), et iii) de relier un enregistrement de pollen bien daté extrait des spéléothèmes à des enregistrements de paléovégétation en grande partie non datés provenant de lacs périalpins. Les résultats de ce travail sont divisés en quatre chapitres.

Fig. 1 : Carte des Alpes européennes avec la localisation des spéléothèmes LIG publiés en blanc, les nouveaux sites étudiés dans le cadre de ce projet contenant des spéléothèmes LIG en orange, et les sites testés mais infructueux (pas d'échantillons LIG) en bleu. Map of the European Alps with the location of published LIG speleothems in white, new sites studied as part of this project containing LIG speleothems in orange, and sites tested but unsuccessful (no LIG samples) in blue.

Fig. 1 : Carte des Alpes européennes avec la localisation des spéléothèmes LIG publiés en blanc, les nouveaux sites étudiés dans le cadre de ce projet contenant des spéléothèmes LIG en orange, et les sites testés mais infructueux (pas d'échantillons LIG) en bleu. Map of the European Alps with the location of published LIG speleothems in white, new sites studied as part of this project containing LIG speleothems in orange, and sites tested but unsuccessful (no LIG samples) in blue.

Charlotte Honiat

3Dans le chapitre II, nous présentons un enregistrement d'isotopes stables précisément datés pour le début du LIG (de 129,6 ± 0,4 à 125,0 ± 0,8 ka), basé sur deux stalagmites de Katerloch, une grotte située sur le versant sud-est des Alpes (fig. 2e). Le début de l'interglaciaire est marqué par une forte augmentation des valeurs des isotopes de l'oxygène à 129,4 ± 0,4 ka, ce qui correspond, dans les limites de l'incertitude de datation, à la chronologie des enregistrements de référence. Les valeurs des isotopes du carbone montrent une chute tout aussi importante à la transition glaciaire/interglaciaire, ce qui témoigne de l'établissement d'un écosystème forestier. Bien que les concentrations soient faibles, le pollen de ces stalagmites permet de comprendre comment la végétation locale a évolué au cours des cinq premiers millénaires du LIG. Les spectres révèlent un optimum végétal enregistré par l'apparition de taxons exigeants en chaleur, typiques de la phase mésocratique de l'Eémien. En combinant les isotopes stables et les données polliniques, nous proposons un cadre chronologique absolument daté pour les successions polliniques périalpines provenant de sédiments lacustres couvrant la première moitié du LIG (Honiat et al., 2022).

4Dans le chapitre III, nous présentons une datation précise des inclusions de fluides basée sur sept spéléothèmes provenant de deux grottes des Alpes du Sud-Est (Obir et Katerloch), y compris l'utilisation d'une fonction de transfert δ2H /T° et de gaz rares dissous dans les inclusions aqueuses pour reconstruire les températures régionales du LIG (fig. 3c). Les températures ont atteint leur maximum vers 127 ka, à 2,4 ± 2,8°C au-dessus de la moyenne actuelle (1973-2002). L'enregistrement δ2H de ces spéléothèmes montre une variabilité à l'échelle millénaire pendant le LIG qui n'est pas bien exprimée dans le δ18O de la calcite. Le début du LIG dans les Alpes du Sud-Est est marqué par une importante instabilité climatique, suivie de conditions plus stables vers sa fin. Nos données suggèrent que les Alpes du Sud-Est ont reçu principalement de l'humidité d'origine atlantique au début et au milieu du LIG, tandis que davantage d'humidité méditerranéenne a atteint les sites d'étude à la fin du LIG, tamponnant le signal δ18O des spéléothèmes. Le retour à des conditions plus froides est marqué par une augmentation du signal δ13C à partir de ~118 ka, indiquant un déclin de la végétation et de l'activité du sol (Honiat et al. 2023).

5Le chapitre IV présente une reconstruction des températures dans les Alpes suisses pendant toute la durée de la période du LIG, basée sur les isotopes de l'hydrogène provenant d'inclusions de fluides dans des spéléothèmes précisément datés (fig. 3.3). Nous constatons que les températures ont été jusqu'à 4,3°C plus élevées pendant la période du LIG que pendant la période de référence de 1971 à 1990. L'instabilité climatique, y compris un refroidissement brutal vers 125,5 ka, a interrompu cet optimum thermique, mais les températures sont restées jusqu'à 2 °C plus élevées qu'aujourd'hui. Nous suggérons que les zones de haute altitude pourraient être plus sensibles au réchauffement que les zones de basse altitude, et que cela pourrait également s'appliquer à un climat futur forcé par des niveaux croissants de gaz à effet de serre (Wilcox et al. 2020).

6Le chapitre V présente un enregistrement répliqué d'isotopes stables de spéléothèmes provenant de deux grottes situées sur le bord occidental des Alpes (France), qui documente la chronologie du début du LIG et un réchauffement en deux étapes au cours de sa première partie, perturbé par une série d'événements froids. Le point médian de la transition du climat glaciaire au climat interglaciaire est daté de 129,4 ± 0,6 ka dans une stalagmite et de 129,7 ± 0,9 ka dans une autre. Les deux enregistrements sont comparés à d'autres enregistrements alpins disponibles ainsi qu'à d'autres enregistrements à haute résolution de l'hémisphère nord (fig. 2).

7Les résultats de ce travail de doctorat mettent en évidence la grande sensibilité des régions de montagne sur des échelles de temps millénaires. Au cours du LIG, les Alpes ont connu un climat plus chaud qu'aujourd'hui. Ce réchauffement a été amplifié à des altitudes plus élevées, avec des températures maximales de +2,4° à ~1000 m d'altitude et de +4,3°C à ~1800 m d'altitude, plus élevées qu'aujourd'hui. Par rapport à aujourd'hui, les Alpes du Sud-Est ont reçu plus d'humidité provenant de l'Atlantique pendant le LIG, alors que la principale source d'humidité dans les Alpes du Nord-Ouest est restée inchangée.

Fig. 2 : Sélection d'enregistrements LIG à haute résolution de l'hémisphère nord. Selection of high-resolution LIG recordings from the northern hemisphere.

Fig. 2 : Sélection d'enregistrements LIG à haute résolution de l'hémisphère nord. Selection of high-resolution LIG recordings from the northern hemisphere.

De haut en bas : a) insolation estivale de l'hémisphère Nord à 65°N (Berger & Loutre, 1991) ; b) enregistrement isotopique de l'oxygène dans des spéléothèmes de la région de la mousson est-asiatique (Cheng et al., 2016), c) grotte de Soreq, Israël (Orland et al., 2019), d) grotte de Baradla, Hongrie (Demény et al., 2017), e) Alpes du Sud-Est (cette thèse, Honiat et al. 2022, 2023), f) grottes de Cesare Battisti et de Bigonda, Préalpes italiennes (Johnston et al., 2018, 2021), g) grottes de Corchia et Tana Che Urla, Italie centrale, h) Alpes du Nord-Ouest (cette thèse, Wilcox et al., 2020), i) glace de la carotte de glace du Groenland Nord (membres de la communauté NGRIP, 2004), j) grottes de Han-sur-Lesse et Bourgeois Delaunnay en Belgique et dans l'ouest de la France (Wainer et al., 2011), respectivement (Couchoud et al., 2009 ; Vansteenberge et al., 2019), k) grotte de Villars, dans l'ouest de la France ; à base de pollen l) température moyenne en janvier de la carotte marine MD04-2845 (Sánchez Goñi et al., 2018 ; Salonen et al., 2021) ; m) pourcentage de pollen tempéré (méditerranéen et eurosibérien) de la carotte de mer profonde MD01-2444 de la marge ibérique (Tzedakis et al., 2018) ; et n) températures de surface de la mer (Uk'37) de la même carotte (Martrat et al., 2007). Les barres bleues représentent les événements de refroidissement, la barre rouge marque le début du LIG, et les barres orange et jaune mettent en évidence le début et le milieu du LIG, respectivement.
From top to bottom: a) Northern Hemisphere summer insolation at 65°N (Berger & Loutre, 1991); b) Oxygen isotope record in speleothems from the East Asian Monsoon region (Cheng et al., 2016); c) Soreq Cave, Israel (Orland et al., 2019); d) Baradla Cave, Hungary (Demény et al., 2017); e) South-Eastern Alps (this thesis, Honiat et al., 2022, 2023); f) Cesare Battisti and Bigonda caves, Italian Pre-Alps (Johnston et al., 2018, 2021); g) Corchia and Tana Che Urla caves, central Italy; h) North-Western Alps (this thesis, Wilcox et al., 2020); i) North Greenland ice core (NGRIP community members, 2004); j) Han-sur-Lesse and Bourgeois Delaunnay caves in Belgium and western France (Wainer et al., 2011), respectively (Couchoud et al., 2009; Vansteenberge et al., 2019); k) Villars cave, western France; pollen-based l) mean January temperature of marine core MD04-2845 (Sánchez Goñi et al., 2018; Salonen et al., 2021); m) percentage of temperate pollen (Mediterranean and Eurosiberian) from deep sea core MD01-2444 from the Iberian margin (Tzedakis et al., 2018); n) sea surface temperatures (Uk'37) from the same core (Martrat et al., 2007). The blue bars represent cooling events, the red bar marks the beginning of the LIG, and the orange and yellow bars highlight the beginning and middle of the LIG.

Charlotte Honiat

Fig. 3 : Comparaison de différents enregistrements de paléotempératures pour le LIG en Europe, disposés le long d'un transect N-S et tracés selon leur échelle de temps publiée. Comparison of different palaeotemperature records for the LIG in Europe, arranged along a N-S transect and plotted according to their published time scale.

Fig. 3 : Comparaison de différents enregistrements de paléotempératures pour le LIG en Europe, disposés le long d'un transect N-S et tracés selon leur échelle de temps publiée. Comparison of different palaeotemperature records for the LIG in Europe, arranged along a N-S transect and plotted according to their published time scale.

1/ reconstructions de températures moyennes de juillet et janvier basées sur le pollen de Sokli, Finlande (Salonen et al., 2018) ; 2/ reconstitution de la température basée sur les données d'inclusion de fluide des spéléothèmes de la grotte de Baradla, en Hongrie, en utilisant la fonction de transfert δ2H (vert) et le thermomètre isotopique de l'oxygène calcite-eau basé sur les données δ2H et δ18O de la calcite (violet) pour comparaison, bien que les auteurs suggèrent que leurs reconstructions de température ne sont pas robustes (Demény et al., 2021) ; 3/ données d'inclusion de fluides dans les spéléothèmes utilisant la fonction de transfert OBK-FIT (orange) et des gaz nobles (étoile rouge) provenant de grottes situées à ~1000 m d'altitude (chapitre III, Honiat et al., 2023) ; 4/ température moyenne de juillet basée sur les chironomidés provenant de Füramoos en Allemagne (Bolland et al., 2021) ; 5/ données d'inclusion de fluides dans les spéléothèmes (utilisant la fonction de transfert SKR-Fit) provenant d'une grotte située à ~1800 m d'altitude en Suisse (chapitre IV, Wilcox et al., 2020) ; 6/ reconstruction de la température moyenne de janvier basée sur le pollen à partir de la carotte de mer profonde MD04-2845 (Salonen et al., 2021 ; Sánchez Goñi et al., 2018) ; 7/ reconstructions des températures de surface de la mer (SST) pour janvier à partir de la carotte marine MD01-2444, dérivées des données de Mg/Ca et d'alkénone (Tzedakis et al., 2018). Les lignes grises représentent les résultats de différents modèles de calibration pour les enregistrements de Sokli et MD04-2845 ; elles représentent l'enveloppe d'incertitude sur la température pour les autres enregistrements. L'incertitude sur la chronologie n'est pas représentée.
1/ July and January mean temperature reconstructions based on pollen from Sokli, Finland (Salonen et al., 2018), 2/ Temperature reconstructions based on speleothem fluid inclusion data from Baradla Cave, Hungary, using the δ2H transfer function (green) and the calcite-water oxygen isotope thermometer based on calcite δ2H and δ18O data (purple) for comparison, although the authors suggest that their temperature reconstructions are not robust (Demény et al., 2021), 3/ Fluid inclusion data in speleothems using the OBK-FIT transfer function (orange) and noble gases (red star) from caves at ~1000 m altitude (Chapter III, Honiat et al., 2023), 4/ July mean temperature based on chironomids from Füramoos in Germany (Bolland et al., 2021), 5/ Fluid inclusion data in speleothems (using the SKR-Fit transfer function) from a cave at ~1800 m altitude in Switzerland (Chapter IV, Wilcox et al., 2020), 6/ Pollen-based January mean temperature reconstruction from deep sea core MD04-2845 (Salonen et al., 2021; Sánchez Goñi et al., 2018), 7/ Sea surface temperature (SST) reconstructions for January from marine core MD01-2444, derived from Mg/Ca and alkenone data (Tzedakis et al., 2018). The grey lines represent the results of different calibration models for the Sokli and MD04-2845 records; they represent the temperature uncertainty envelope for the other records. The chronology’s uncertainty is not represented.

Charlotte Honiat

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Bibliographie

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : Carte des Alpes européennes avec la localisation des spéléothèmes LIG publiés en blanc, les nouveaux sites étudiés dans le cadre de ce projet contenant des spéléothèmes LIG en orange, et les sites testés mais infructueux (pas d'échantillons LIG) en bleu. Map of the European Alps with the location of published LIG speleothems in white, new sites studied as part of this project containing LIG speleothems in orange, and sites tested but unsuccessful (no LIG samples) in blue.
Crédits Charlotte Honiat
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Fichier image/png, 1012k
Titre Fig. 2 : Sélection d'enregistrements LIG à haute résolution de l'hémisphère nord. Selection of high-resolution LIG recordings from the northern hemisphere.
Légende De haut en bas : a) insolation estivale de l'hémisphère Nord à 65°N (Berger & Loutre, 1991) ; b) enregistrement isotopique de l'oxygène dans des spéléothèmes de la région de la mousson est-asiatique (Cheng et al., 2016), c) grotte de Soreq, Israël (Orland et al., 2019), d) grotte de Baradla, Hongrie (Demény et al., 2017), e) Alpes du Sud-Est (cette thèse, Honiat et al. 2022, 2023), f) grottes de Cesare Battisti et de Bigonda, Préalpes italiennes (Johnston et al., 2018, 2021), g) grottes de Corchia et Tana Che Urla, Italie centrale, h) Alpes du Nord-Ouest (cette thèse, Wilcox et al., 2020), i) glace de la carotte de glace du Groenland Nord (membres de la communauté NGRIP, 2004), j) grottes de Han-sur-Lesse et Bourgeois Delaunnay en Belgique et dans l'ouest de la France (Wainer et al., 2011), respectivement (Couchoud et al., 2009 ; Vansteenberge et al., 2019), k) grotte de Villars, dans l'ouest de la France ; à base de pollen l) température moyenne en janvier de la carotte marine MD04-2845 (Sánchez Goñi et al., 2018 ; Salonen et al., 2021) ; m) pourcentage de pollen tempéré (méditerranéen et eurosibérien) de la carotte de mer profonde MD01-2444 de la marge ibérique (Tzedakis et al., 2018) ; et n) températures de surface de la mer (Uk'37) de la même carotte (Martrat et al., 2007). Les barres bleues représentent les événements de refroidissement, la barre rouge marque le début du LIG, et les barres orange et jaune mettent en évidence le début et le milieu du LIG, respectivement. From top to bottom: a) Northern Hemisphere summer insolation at 65°N (Berger & Loutre, 1991); b) Oxygen isotope record in speleothems from the East Asian Monsoon region (Cheng et al., 2016); c) Soreq Cave, Israel (Orland et al., 2019); d) Baradla Cave, Hungary (Demény et al., 2017); e) South-Eastern Alps (this thesis, Honiat et al., 2022, 2023); f) Cesare Battisti and Bigonda caves, Italian Pre-Alps (Johnston et al., 2018, 2021); g) Corchia and Tana Che Urla caves, central Italy; h) North-Western Alps (this thesis, Wilcox et al., 2020); i) North Greenland ice core (NGRIP community members, 2004); j) Han-sur-Lesse and Bourgeois Delaunnay caves in Belgium and western France (Wainer et al., 2011), respectively (Couchoud et al., 2009; Vansteenberge et al., 2019); k) Villars cave, western France; pollen-based l) mean January temperature of marine core MD04-2845 (Sánchez Goñi et al., 2018; Salonen et al., 2021); m) percentage of temperate pollen (Mediterranean and Eurosiberian) from deep sea core MD01-2444 from the Iberian margin (Tzedakis et al., 2018); n) sea surface temperatures (Uk'37) from the same core (Martrat et al., 2007). The blue bars represent cooling events, the red bar marks the beginning of the LIG, and the orange and yellow bars highlight the beginning and middle of the LIG.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/19066/img-2.jpg
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Titre Fig. 3 : Comparaison de différents enregistrements de paléotempératures pour le LIG en Europe, disposés le long d'un transect N-S et tracés selon leur échelle de temps publiée. Comparison of different palaeotemperature records for the LIG in Europe, arranged along a N-S transect and plotted according to their published time scale.
Légende 1/ reconstructions de températures moyennes de juillet et janvier basées sur le pollen de Sokli, Finlande (Salonen et al., 2018) ; 2/ reconstitution de la température basée sur les données d'inclusion de fluide des spéléothèmes de la grotte de Baradla, en Hongrie, en utilisant la fonction de transfert δ2H (vert) et le thermomètre isotopique de l'oxygène calcite-eau basé sur les données δ2H et δ18O de la calcite (violet) pour comparaison, bien que les auteurs suggèrent que leurs reconstructions de température ne sont pas robustes (Demény et al., 2021) ; 3/ données d'inclusion de fluides dans les spéléothèmes utilisant la fonction de transfert OBK-FIT (orange) et des gaz nobles (étoile rouge) provenant de grottes situées à ~1000 m d'altitude (chapitre III, Honiat et al., 2023) ; 4/ température moyenne de juillet basée sur les chironomidés provenant de Füramoos en Allemagne (Bolland et al., 2021) ; 5/ données d'inclusion de fluides dans les spéléothèmes (utilisant la fonction de transfert SKR-Fit) provenant d'une grotte située à ~1800 m d'altitude en Suisse (chapitre IV, Wilcox et al., 2020) ; 6/ reconstruction de la température moyenne de janvier basée sur le pollen à partir de la carotte de mer profonde MD04-2845 (Salonen et al., 2021 ; Sánchez Goñi et al., 2018) ; 7/ reconstructions des températures de surface de la mer (SST) pour janvier à partir de la carotte marine MD01-2444, dérivées des données de Mg/Ca et d'alkénone (Tzedakis et al., 2018). Les lignes grises représentent les résultats de différents modèles de calibration pour les enregistrements de Sokli et MD04-2845 ; elles représentent l'enveloppe d'incertitude sur la température pour les autres enregistrements. L'incertitude sur la chronologie n'est pas représentée.1/ July and January mean temperature reconstructions based on pollen from Sokli, Finland (Salonen et al., 2018), 2/ Temperature reconstructions based on speleothem fluid inclusion data from Baradla Cave, Hungary, using the δ2H transfer function (green) and the calcite-water oxygen isotope thermometer based on calcite δ2H and δ18O data (purple) for comparison, although the authors suggest that their temperature reconstructions are not robust (Demény et al., 2021), 3/ Fluid inclusion data in speleothems using the OBK-FIT transfer function (orange) and noble gases (red star) from caves at ~1000 m altitude (Chapter III, Honiat et al., 2023), 4/ July mean temperature based on chironomids from Füramoos in Germany (Bolland et al., 2021), 5/ Fluid inclusion data in speleothems (using the SKR-Fit transfer function) from a cave at ~1800 m altitude in Switzerland (Chapter IV, Wilcox et al., 2020), 6/ Pollen-based January mean temperature reconstruction from deep sea core MD04-2845 (Salonen et al., 2021; Sánchez Goñi et al., 2018), 7/ Sea surface temperature (SST) reconstructions for January from marine core MD01-2444, derived from Mg/Ca and alkenone data (Tzedakis et al., 2018). The grey lines represent the results of different calibration models for the Sokli and MD04-2845 records; they represent the temperature uncertainty envelope for the other records. The chronology’s uncertainty is not represented.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/19066/img-3.jpg
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Pour citer cet article

Référence électronique

Charlotte Honiat, « La dernière période interglaciaire dans les alpes : une perspective à partir des spéléothèmes »Quaternaire [En ligne], vol. 35/1 | 2024, mis en ligne le 31 janvier 2024, consulté le 25 mai 2024. URL : http://journals.openedition.org/quaternaire/19066 ; DOI : https://doi.org/10.4000/quaternaire.19066

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Auteur

Charlotte Honiat

CEREGE Université Aix-Marseille, Technopôle de l’Arbois-Méditerranée, BP80, FR-13545 AIX-EN-PROVENCE, cedex 04. Courriel : charlotte.honiat[at]orange.fr

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