Cycles climatiques et hydrothermalisme en Mer Rouge

Cette étude pluridisciplinaire couplant des approches de biostratigraphie, de sédimentologie et de géochimie isotopique et élémentaire a permis d'établir une relation entre les cycles climatiques et l'hydrothermalisme en mer Rouge. La mer Rouge est un jeune océan semi-fermé dans lequel l'activité hydrothermale se manifeste au sein de la zone axiale par la présence de fosses à saumure et/ou de sédiments minéralisés. Le caractère confiné de ce bassin, le rend extrêmement sensible aux variations océanographiques globales, en particulier celles liées à la cyclicité glaciaire et aux variations du niveau marin qui en résultent. L'étude porte sur cinq carottes prélevées au cours de la mission RedSed MD73 (1992) dans la partie centrale de la mer Rouge. Elles sont localisées du nord au sud dans la fosse Thétis, la fosse Valdivia, hors de l'axe, dans la fosse Suakin et dans la plaine Suakin. Le cadre chrono-stratigraphique des carottes a été défini à partir des données isotopiques de G. ruber couplé à des datations AMS 14C. Ces colonnes sédimentaires couvrent les derniers cycles climatiques du Quaternaire correspondant aux stades isotopiques 1 à 5. L'enregistrement haute résolution des variations de Globigerinoides ruber et de G. sacculifer à l'Holocène (un échantillon environ tous les 146 ans) a permis d'établir une nouvelle biozonation plus détaillée de cette période, qui est caractérisée par la succession de trois biozones. L'enregistrement des variations du carbone organique et de celles du soufre le long des carottes a permis d'identifier des niveaux de sapropèles aux stades 2 et 3, en plus de celui déjà répertorié au stade 1. La présence de ces sapropèles est un indice de sous-oxygénation des eaux de fond. L'enregistrement des métaux hydrothermaux (Fe, Mn, Zn) pendant les périodes climatiques prédéfinies, fait ressortir une abondance de ces métaux dans les sédiments de la plaine Suakin au Dernier Maximum Glaciaire (DMG) et au stade 3 et un appauvrissement en ces métaux des sédiments de la fosse Suakin au DMG, comme cela a déjà été observé dans la fosse Atlantis II. Le stade 1 est caractérisé dans les fosses Atlantis II, Thétis et Suakin par de fortes concentrations en métaux hydrothermaux dans les sédiments. L'évolution spatiale et temporelle des concentrations métallifères dans les sédiments, nous permet de proposer le mécanisme suivant qui rend compte de cette répartition : - En période d'oxygénation "normale" (stade 1), l'interface saumure-eau de mer assure une double fonction de barrière de densité et de barrière redox. Les métaux précipitent à cette interface et forment des niveaux hautement minéralisés dans les fosses, comme c'est le cas dans les fosses Atlantis II, Thétis et Suakin. - En période de sous-oxygénation des eaux de fond, cette interface saumure-eau de mer se réduit à une interface de densité et on assiste à la formation d'une nouvelle interface redox moins profonde. Les métaux des saumures diffusent vers l'eau de fond anoxique. Ils s'oxydent à la nouvelle interface redox, qui est plus étendue et se répandent hors fosse. Peu de métaux sédimentent pendant ces périodes dans les fosses. D'où la formation de sédiments enrichis en métaux hydrothermaux dans la plaine Suakin et de sédiments peu minéralisés dans les fosses Atlantis II et Suakin au DMG. Un bilan de matière, basé sur les résultats acquis dans la plaine Suakin a permis de placer le front redox au DMG à 1600 m de profondeur, avec une superficie de 5500 km2This multidisciplinary study yields approches, including biostratigraphy, sedimentology, elementary and isotopic geochemistry, allowed us to establish a relation between climatic events and hydrothermalism in the Red Sea. The Red Sea is a marginal basin, with bathymetric depressions located along the axis, filled with hot brines and/or metalliferous sediments owing to hydrothermal activity. This enclosed basin is extremely sensitive to global climate changes and sea level variations. This study is carried out on five cores collected in the central part of the Red Sea, during the RedSed MD73 cruise (1992). They have been taken from the north-to the south in the Thétis Deep, Valdivia Deep, outside the axis, in the Suakin Deep and Suakin plain. Time stratigraphic frameworks have been obtained for these cores on the basis of the oxygen isotope record based on single specimens of G. ruber, supported by AMS 14C results. They provide an uninterrupted record that covers isotopic stages 1 to 5. High-resolution records of planktonic foraminifera Globigerinoides ruber and G. sacculifer in the Holocene (one sample each 146 yrs) allow us to establish a new biostratigraphic assemblage characterized by three zonations in this climatic period. Down-core organic carbon and sulfur variations show sapropelic horizons in stages 2 (Last Glacial Maximum) and 3 together with the one already identified in stage 1. These sapropelic horizons indicate the occurrence of a low oxygen content of the deep waters during that time. Metalliferous sediments have been found in the Suakin plain during LGM and stage 3, whereas the Suakin Deep, sediments formed during the LGM, contained little metalliferous particles, as in the one of the Atlantis II Deep. Deposits of stage 1 in the Thétis, Suakin and Atlantis II Deep are very rich in metalliferous particules. Spatial and temporal variations of metalliferous concentrations in sediments allow us to suggest a mechanism of distribution of hydrothermal particles : - When deep waters are well oxygenated (stage 1), the brine/water interface plays the role of redox and density boundaries. Metalliferous particles precipitate at this interface. Thus, highly metalliferous deposits are formed in deeps, such as Suakin, Thétis and Atlantis II. - During periods of low oxygen content of deep waters, this brine water interface plays only the role of a density barrier, and a new shallow redox interface is formed. Metalliferous particles migrate to this new interface and spread over a large area. Sediments which are formed during these periods in the deeps, are poorly enriched in metals, such as in the Atlantis II and Suakin Deeps during LGM because of metal dispersion. Outside the deeps, sediments are enriched in metalliferous particles, like in the Suakin plain sediments. Balance calculation suggest that during LGM, the redox interface was located at 1600 m covering a surface of 5500 km2