Peat bogs as archives of the variability of holocene dust deposition in boreal Quebec - Paleoenvironmental and paleoclimatic implications

Les poussières atmosphériques naturelles jouent un rôle complexe dans le système climatique global étant à la fois un facteur affectant le climat et variant en fonction de ce dernier. Notre compréhension des différentes interactions entre les poussières atmosphériques et le climat est limitée par l’importante variabilité spatiale et temporelle des celles-ci. À l’aide de tourbières ombrotrophes, la variabilité spatiale et temporelle des dépôts de poussières atmosphériques holocènes au Québec boréal fut caractérisée en lien avec les fluctuations climatiques. Les flux de poussières atmosphériques furent reconstruits à l’aide des concentrations en terres rares. Les isotopes du Nd et Pb en combinaison avec les terres rares ont été utilisés afin de déterminer la source des particules déposées dans les tourbières. Afin d’évaluer les liens entre les flux de poussières et la variabilité climatique, les changements temporels dans les flux de poussières et l’isotopie du Nd furent comparés à la taille des particules déposée et des reconstitutions écohydrologiques basées sur l’analyse des macrorestes végétaux et des thécamoebiens. Dans les deux premiers volets de l’étude, les flux de poussières atmosphériques furent reconstruits dans deux tourbières de la Côte-Nord alors que les particules déposées dans celles-ci furent caractérisées à l’aide des concentrations des terres rares (REE), des isotopes du néodyme et du plomb ainsi que la granulométrie. Les deux profils présentent des valeurs de Nd similaires, ce qui s’explique soit par une source commune des poussières atmosphériques ou encore des sources distinctes, mais possédant des valeurs de Nd similaires dans les deux régions. Les deux sites étudiés montrent des tendances différentes dans les flux de poussières. La tourbière IDH montre peu de variations dans les flux de poussières, ce qui s’explique en partie par l’emplacement du site d’étude, qui prévient les apports de poussières atmosphérique. La tourbière Baie quant à elle, montre deux périodes de flux de poussières plus élevés soit 1700-1000 et 650-100 cal a BP correspondant avec des périodes de refroidissement du climat documentées. Les REE, le Nd et les tailles de particules suggèrent qu’au cours des 2000 dernières années, la tourbières de Baie a reçu une proportion accrue de poussières atmosphériques provenant de sources locales. Ces deux périodes ont été identifiées comme des épisodes d’instabilité climatique en réponse à une instabilité hydroclimatique régionale et une plus grande variabilité des températures (principalement contrôlée par l’activité solaire). Un changement du régime des vents dans la région a aussi probablement influencé ces les variations observées. Dans le troisième chapitre, les mêmes analyses furent réalisées sur des carottes de tourbe d’une tourbières de la Baie James, La Grande 2 (LG2). Des apports accrus de poussières furent observés lors de différentes période : 4000 à 3000, 2600 à 2000, 1600 à 1000, 800 à 650 cal a BP et de 1960 à 1990AD. Au moins trois sources distinctes constituent les apports de poussières dans le temps: les sédiments marins à la base de la tourbières, la moraine de Sakami, deux sources locales, ainsi qu’une source probablement plus régionale dont l’origine est non-identifiée. La période allant de 7000 à 4100 cal a BP montre des valeurs près des sources locales (Nd : -36 à -29). Une augmentation graduelle des valeurs de Nd à partir de 4100 cal a BP suggère une diminution des apports locaux de poussière à la faveur d’une source non identifiée. La majorité des périodes d’apports accrus de poussières identifiées correspondent à des périodes documentées comme étant froides et sèches probablement lié à des intrusions de masses d’air arctiques. La présence de certains de ces pics de poussières lors de minimums solaires suggère que la variabilité solaire joue aussi un rôle dans la variabilité climatique de la région.Mineral dust plays an important role in the global climate system having effects on the radiation budget and the chemical composition of the atmosphere. Our understanding of the exact role of dust in the Earth’s climate system is still poorly constrained mostly due to a lack of data reflecting the high spatial and temporal variability of dust. Using peat bogs, spatial and temporal variability of Holocene dust deposition in boreal Quebec was investigated in relation to climate fluctuations. Dust fluxes were reconstructed using rare earth elements (REE) concentrations in bulk peat, while Nd and Pb isotopes in combination with REE were used to identify the source of dust particles deposited into these bogs. In order to evaluate the relationship between dust fluxes and climate variability, temporal changes in dust flux, and Nd isotopes were compared to dust grain size and ecohydrological reconstructions derived from testate amoebae and plant macrofossils. In two peat bogs from the North Shore region of the St. Lawrence Estuary (Baie bog) and Gulf (IDH bog), atmospheric dust fluxes were reconstructed using REE concentration while the geochemical composition of deposited dust was characterized using Nd and Pb isotopes combined with REE and grain size. Both peat bogs present similar Nd values, which suggests either a common source or sources with similar signatures in both regions. In terms of dust flux, the two study sites display distinct tendencies. IDH bog show few variations in dust flux, which can be explained by its geographical setting, where a tree fringe and higher altitude likely partially prevent dust from reaching the peat bog. Two dust events were recorded in the Baie bog from 1750 to 1000 cal BP and 600 to 100 cal BP and correspond to documented cold periods. These two periods have been found to occur at the same time as periods of high variability in the macrofossil record (i.e. successive layers dominated by Sphagnum or Ericaceae). REE elements, Nd and grain-size distribution suggest that, over the last 2000 years, the Baie bog received more local dust. The two periods were identified as periods of increased local storminess in response to regional hydroclimatic instability and temperature variations mainly controlled by solar activity. These episodes of climatic instability could also have been caused by changes in the wind regime. The same set of analyses were performed in a third peatland located in the James Bay region, the La Grande 2 bog (LG2). Increases in dust flux were reconstructed from 4000-3000, 2600-2000, 1600-1000, 800-650 cal BP and from 1960-1990AD. The Nd values show a large variability from -37 to -12, identifying a least three sources: local marine sediment, the Sakami moraine and another unidentified source likely from a more regional origin. Between 7000 and 4100 cal BP, Nd values resemble those localsources (-36 to -29). A gradual increase in Nd signature is observed from 4100 to 1500 cal BP suggesting a decreasing influence of local sources in favor of a yet unidentified source. The occurrence of increased dust deposition during cold periods in two of the three studied bogs suggests that dust fluxes can be used as an indicator of cold and dry climatic conditions in boreal Quebec. In northeastern Canada, these cold and dry conditions are usually the results of the intrusion of Arctic air masses. The exact mechanism controlling these incursion is yet unknown, but the similar timing of solar minima and dust peaks suggest that solar irradiance may also have played a role. The fact that both Baie and LG2 sites display similar tendencies during the last 2000 years reveals that both regions were likely controlled by the same climatic processes