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Titre de la thèse : Influence climatique sur l’érosion Himalayenne appréhendée par la
thermochronologie détritique des sédiments Miocène-Quaternaire du Golfe du Bengale
Laboratoire de rattachement : ISTerre
Directeurs de thèse : P. Huyghe ([email protected]), P. van der Beek
([email protected])
Téléphone : 04 76 63 59 36 / 04 76 51 40 62
Mots clés : Exhumation, érosion, climat, thermochronologie détritique (traces de fission sur
apatites), provenance, géochimie in-situ, Himalaya.
L’influence des variations climatiques intervenus depuis le début du Miocène sur l’érosion
himalayenne reste très débattu1-3. Notamment, les intensifications de la mousson indienne lors
du Miocène moyen (15-17 Ma) puis du Miocène tardif (7-8 Ma) semblent avoir déclenché des
réponses érosives opposées dans la chaîne. La période du Plio-Pléistocène (<5 Ma)
correspond à une intensification du refroidissement global associée à une grande variabilité
des conditions climatiques, et au début de l’englacement des chaînes de montagne. Cette
instabilité climatique est susceptible d’avoir amplifié l’érosion des reliefs, dont les produits
ont été transportés jusque dans les bassins océaniques.
La chaîne himalayenne, en raison de son altitude élevée, de sa couverture glaciaire et du
climat de mousson qui l’affecte est un chantier idéal pour analyser le rôle du changement
climatique Miocène-Quaternaire sur l’érosion. Le système himalayen produisant en outre les
plus grands volumes de matériaux érodés à l’océan, il est très adapté à l’analyse de
l’enregistrement sédimentaire à partir matériaux déposés dans le Golfe du Bengale. La
campagne de forages 354 de l’IODP (International Ocean Drilling Program) a eu lieu pendant
février-mars 2015 et a permis d’acquérir des échantillons inédits du Golfe du Bengale. L’une
de nous a été sélectionnée pour embarquer sur cette campagne. Nous aurons alors la priorité
pour l’exploitation des données acquises en mer pendant 1 an.
La méthode mise en œuvre dans ce projet est la thermochronologie par traces de fission sur
apatite des matériaux détritiques, qui permet de documenter l’évolution des taux
d’exhumation de la chaîne sur la période enregistrée par les sédiments. L’utilisation d’un
thermochronomètre basse température comme les traces de fission sur apatite (Tc=110
±10°C), couplé avec des systèmes de température de fermeture plus élevées comme (UTh)/He sur zircon (collaboration R. Pik, CRPG) ou Ar-Ar sur mica (collaboration Y. Najman,
embarquante de l’Université de Lancaster), permet en principe de déceler les variations de
dénudation aux échelles de temps géologiques. Les âges traces de fission sur apatites des
roches in-situ de l’Himalaya étant de l’ordre de quelques Ma seulement4-6, on peut espérer
déceler des variations des taux d’exhumation avec une résolution temporelle de 1-2 Ma. Afin
de contraindre les sources des apatites analysés par la thermochronologie traces de fission,
nous mettrons en oeuvre des méthodes novateurs de géochimie in-situ des isotopes du Nd7
(collaboration Y. Najman, Univ. de Lancaster et I. Millar, NERC, R.U.) et du Sr (collaboraton
A. Galy, CRPG Nancy) dans les monograins d’apatite.
Ainsi, à partir des matériaux détritiques du cône du Bengale, on peut espérer mettre en
évidence des variations des taux et de la distribution géographique de la dénudation à court
terme et rechercher des liens avec des facteurs climatiques en les comparant aux proxies
minéralogiques et géochimiques, aux taux d’accumulation et à l’analyse de la matière
organique acquis conjointement par les collègues de l’équipe scientifique embarquante.
Thesis title : Climatic control on Himalayan erosion rates constrained by detrital
thermochronology on Miocene-Quaternary sediments from the Bay of Bengal.
Research Department: ISTerre
Thesis supervisors: P. Huyghe ([email protected]), P. van der Beek
([email protected])
Telephone: +33 4 76 63 59 36 / +33 4 76 51 40 62
Keywords: Exhumation, erosion, climate, detrital thermochronology (apatite fission-track),
provenance, in-situ isotope geochemistry, Himalaya.
The control of climatic variations that have occurred since the Early Miocene on Himalayan
erosion rates remains a hotly debated issue1-3. In particular, strengthening of the monsoon in
the Middle Miocene (15-17 Ma) and the Late Miocene (7-8 Ma) appears to have resulted in
opposite erosional responses within the mountain belt. The Plio-Pleistocene period (<5 Ma)
corresponds to enhanced global cooling associated with strong climatic variability, leading to
the onset of glaciation in the world’s mountain belts. This instable climate may have
enhanced erosion in mountain belts, the products of which are transported and archived in the
ocean basins.
The Himalaya, because of its high elevation, its glacial cover and the monsoon climate that
affects it, appears as an ideal target to study the role of Miocene-Quaternary climate change in
driving erosion rates. As the Himalaya also produces the larges volume of sediments that are
transferred to the global ocean, this system is uniquely adapted to analyse the sedimentary
record archived in the Bengal Bay sediments. The IODP (International Ocean Drilling
Program) drilling campaign 354 has taken place in February-March 2015 and has allowed
collecting unique new samples from the Bay of Bengal. One of us has been selected as a
shipboard scientist on this expedition, providing us with priority access to the samples and
their scientific exploitation for one year.
In this project we will apply detrital apatite fission-track thermochronology to the recovered
sediment samples, allowing to document the evolution of exhumation rates in the mountain
belt during the period covered by the sediment record. Use of a low-temperature
thermochronometer such as apatite fission track (Tc=110 ±10°C), coupled to higher closuretemperature systems such as zircon (U-Th)/He (collaboration R. Pik, CRPG Nancy) or mica
Ar-Ar (collaboraton Y. Najman, shipboard scientist from Lancaster University, U.K.) will
permit, in principle, to record variations in exhumation rates at geological timescales. Since
in-situ apatite fission-track ages in the Himalaya are as young as a few Ma4-6, we can expect
to resolve variations in exhumation rates at 1-2 Ma temporal resolution. In order to constrain
the provenance of apatites analysed using fission-track thermochronology, we will employ
novel in-situ isotope geochemistry methods to measure both Nd7 (collaboration Y. Najman,
Lancaster and I. Millar, NERC, U.K.) and Sr (collaboraton A. Galy, CRPG Nancy) isotopes
on apatite single grains.
Thus we expect to be able to record short-term variations in erosion rates and patterns in the
Himalaya from the Bay of Bengal sediments and establish potential climatic controls by
comparing this record with mineralogical and geochemical proxies, as well as accumulation
rates and stable isotopic variations that will be acquired by other members of the IODP354
team.
Références / References
1. Burbank, D. W., Derry, L. A. & France-Lanord, C. Reduced Himalayan sediment
production 8 Myr ago despite an intensified monsoon. Nature 364, 48-50 (1993).
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7. Foster, G. L. & Carter, A. Insights into the patterns and locations of erosion in the
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