La Crise de Salinit Messinienne : bilan hydrologique, modle conceptuel et cataclysme final 1819 mai

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La Crise de Salinité Messinienne bilan
hydrologique, modèle conceptuelet cataclysme
final18/19 mai 2005 P.-L. Blanc
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CRISE ? PLUSIEURS CRISES !

• sédimentaire(évaporitique)
• du niveau(marin ?)
• de salinité(des eaux)

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ÉVAPORITES EN MÉDITERRANÉE
Dépots d'aspect concentrique ? En fonction de la
surface , de la profondeur ou du temps ?
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POURQUOI L ÉTUDIER ?

• 1992-98 Implantation Possible du laboratoire
  souterrain "Déchets" près de la vallée du Rhône.

Ria fossile, profonde de 580 à 650 m , 2km à l'E
du site(laboratoire prévu à -750 m). En 1998,
pas de conclusion consensuelle sur 1, le risque
de réédition 2, les conséquences
hydrogéologiques de la crise passée...
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HYDROLOGIE MÉDITERRANÉENNE (1)

• Bassin à seuil , à bilan négatif dV E-P
• Niveau stable ?? Influx d'Eau de Surface
  Nord-Atlantique Vin ? mais il y a apport de
  sel (Sin 36.18 g l-1 )
• Pas d'augmentation séculaire de salinité ??
  Sortie d'Eau Profonde de Mer Méditerranée Vout
  ? permettant la sortie du sel (Sout 37.9 g l
  -1 )
• En système stationnaire dVVin-Vout et Vin
  Sin Vout Sout
• Même régulation au détroit de Sicile pour le
  bassin oriental

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HYDROLOGIE MÉDITERRANÉENNE (2)

• A l'équilibre dVVin-Vout Vin SinVout Sout
• Actuellement, Vin dV22.035 Vout dV21.035
• Le détroit actuel accommode 43 fois le déficit
  la cause dune crise de salinité est la réduction
  de lalimentation au détroit, plutôt quun
  déficit accru.

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MÉDITERRANÉE ACTUELLE
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MÉDITERRANÉE ACTUELLE vs MIOCÈNE ?

• 2 bassins séparés par chaînes plissées (Espagne /
  Alpes). Fin-Miocène, chaînes en surrection,
  Apennins Sicile immergés ?

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MODÉLISATION GÉOMÉTRIE DES BASSINS
Bassin Occidental 0,83 1012 m2
Bassin Oriental 1,7 1012 m2

• Bassins coniques profondeur moyenne 1430 m,
  maximale 4290 m
• Détroit de Gibraltar caractérisé par flux initial
  loi de décroissance.
• ? Géométrie Simple, rend compte de la réduction
  de surface avec la baisse de niveau.
• ? Seuil de Sicile caractérisé par sa profondeur
  ... actuelle ou selon scénario.

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F PRÉ-ÉVAPORITIQUE

• Évaporation sur les deux bassins. Admission d'Eau
  Atlantique dans le bassin occidental

• Transfert au bassin oriental Rejet de l'eau et
  du sel en excédent (b. Oriental ? b. Occidental
  ? Atlantique)
• Calcul des salinités et de l'activité de l'eau,
  pour chaque bassin. (Pas de temps 100 ans ?
  15000 lignes !)

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F ÉVAPORITIQUE INITIALE

• Quand la hauteur d'eau, après évaporation et
  influx, est entre le niveau 0 et le niveau du
  seuil interne ...

• il y a transfert au bassin oriental, et
  égalisation dans les deux bassins
• ? Rejet de sel vers l'Atlantique réduit ou nul.
• ? Rejet de sel du bassin oriental vers le bassin
  occidental limité par quantité d'eau et
  saturation en sel...

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F ÉVAPORITIQUE ORIENTALE

• Niveau occidental au dessus du seuil interne,
  volume total inférieur à la somme des volumes à
  ce niveau

• Transfert vers bassin oriental du volume
  dépassant le seuil interne
• ? Le bassin occidental reste au niveau du seuil
  interne.
• ? Le rejet de sel dEst en Ouest est impossible,
  de même que du bassin occidental vers
  l'Atlantique !

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F ÉVAPORITIQUE OCCIDENTALE, LAGO-MARE

• Niveau des 2 bassins sous seuil interne, bassin
  occidental seul alimenté.
• ? le bassin oriental atteint un niveau
  d'équilibre évaporation/ précipitations,
  établissement du Lago-Mare.

• Détroit Occidental ferméalimentation marine
  nulle.
• le bassin occidental atteint lui aussi un niveau
  d'équilibre évaporation/ précipitations,
  extension générale du Lago-Mare.

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LOI DALIMENTATION EN COURS DE CRISE (1)

• Détroit Atlantique ("Rifain" ou "de Gibraltar")
  la crise évaporitique débute quand l'apport
  atlantique compense juste le déficit Vin E-P
• Lapport décroît jusquà zéro au cours de la
  crise.(les calculs débutent dun régime "normal"
  ? 1Ma avant).
• Détroit interne ("de Sicile", encore non émergée)
  Calcul à partir de la profondeur initiale
  (actuelle ou selon scénario) En fait, c'est la
  même loi, avec variation portant sur des
  paramètres différents.

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LOI DALIMENTATION EN COURS DE CRISE (2)

• Profondeur au détroit Atlantique Loi linéaire
  (1/T)

Section du détroit carré inverse (1/ T2).

• Écoulement cube inverse (1/ T3).
• ? section réduite
• vélocité réduite

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ÉVOLUTION DES SALINITÉS

• Salinité des saumures profondes maximum 10.25
  fois normale (371.6 g l-1 , saturation à 43C)
• Salinité de surface eaux de surface assimilées
  à un mélange entre eaux d'alimentation et eaux
  profondes résidentes, taux de mélange calculé
  d'après les salinités actuelles.
• ?Quand l'alimentation décroît, un facteur de
  réduction du mélange Vin / E-P s'applique,
  sur le bilan des deux bassins pour la salinité de
  surface occidentale, sur le bilan du seul bassin
  oriental pour la salinité de surface orientale.
• Pas d'alimentation marine ? Salinité de surface
  nulle. (eaux douces (précipitations) flottant sur
  les saumures, aucun mélange).
• Cela ne décrit que partiellement le véritable
  processus.

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MODÈLE STANDARD (analogue actuel)

• Evolutions des niveaux et des salinités, scénario
  de durée de crise évaporitique 0.5 Ma.

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RÉSULTATS (1) BAISSE DES NIVEAUX

• La baisse des niveaux ne dépend que du bilan
  d'évaporation.
• Profondeur d'équilibre avec les paramètres
  actuels
• ? -1509 m dans le bassin occidental,
• ? -1718 m dans le bassin oriental.
• ce qui rend compte de l'érosion des marges et de
  la sédimentation détritique dans les bassins
  profonds.

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RÉSULTATS (2) AJUSTEMENT DES BILANS

• Crise de durée 0.5 Ma sur la Méditerranée
  actuelle
• ? 125 du bilan "classique"
• Crise de 0.5 Ma sur Méditerranée "Messinienne"
  (60 m)
• 132 du même bilan
• Réduire alimentation évaporation à 73.6 du
  présent ?Paradoxe ?
• Ou réduire la durée de la crise (E-P ? Ø) à
  0.37 Ma ?
• ?Selon la stratigraphie, la crise dure 0.63 Ma !

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BILAN DES ÉVAPORITES
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BAISSE DES NIVEAUX
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GÉANT SALIFÈRE TRONQUÉ

• Bilan initial utilisé dans le modèle délibérément
  trop élévé 3500 m dépaisseur sur ½ surface du
  bassin oriental,1600 m dépaisseur sur ½ surface
  du bassin occidental.
• Pourtant une crise de 0.5 Ma donne 125 à 132 de
  ce bilan !
• Seule explication possible
• ? la fermeture du détroit occidental a pris moins
  de 500 Ka (loptimum est de 370 Ka)
• ? une phase non-marine de 260 Ka a suivi
  caractérisée par -poursuite de lérosion
  sédimentation détritique liée -depôt des
  évaporites supérieures (ainsi dorigine
  secondaire, remaniées) -et par le
  Lago-Mare (saumâtre à d'eau douce).

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SYNTHÈSE DES MODÈLES CONCEPTUELS
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SYNTHÈSE DES MODÈLES CONCEPTUELS

• Certaines particularités des modèles précédents
  demeurent
• 1. Hsü, Cita Ryan 1973 bassins
  Méditerranéens profonds
• 2. Van Couvering et al. 1976 longue montée en
  salinité, saturation avant baisse des niveaux.
• 3. Busson 1979 bassins pleins, stratification
  densitaire des saumures.
• 4. Clauzon et al. 1996 crise de salinité
  procédant en deux phases...
• Sauf option n1 (Méditerranée analogue de Téthys
  Miocène), ces particularités appartiennent aux
  résultats et ne sont pas imposées au modèle
  numérique !

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LE CATACLYSME ZANCLÉEN

• Lago-Mare dessalé ?? arrêt total des
  communications.Détroit aséismique ?? origine
  non tectonique. ? reflète-til la phase finale
  de la crise ?
• Calcul simpliste
• Volume de la Méditerranée 3,615 1015 m3
• Transit annuel par Gibraltar 1,0328 1014 m3
• Disponible pour remplissage 1,0088 1014 m3
• Durée dans ces conditions 35,6 ans ...
• Raisonnement fixiste, la Méditerranée n'était pas
  vide ...et le détroit n'était pas totalement
  ouvert dès le début !

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ET SI C ÉTAIT VRAI ?

• Dans tous les sites marins profonds forés dans le
  cadre DSDP/IPOD/ODP, le passage du Messinien
  évaporitique au Pliocène est dune netteté
  instantanée.

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CATACLYSME EXPONENTIEL ?

• Modèle du remplissage avec alimentation
  exponentielle croissantetrop faible au début
  rien ne se passe en 25 ans.Mais le remplissage
  est terminé à 36 ans(troublante convergence avec
  le calcul simpliste ...)L'épaisseur du trait
  entre Miocène et Pliocène dans une colonne
  stratigraphique représente 10 ans !

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MORPHOLOGIE DU DÉTROIT

• Un détroit tout droit !

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LES SEUILS

• Glissements à louest du bassinde Tarifa

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MORPHOLOGIE INTERPRÊTÉE

• Les seuils sont contemporains mais dorigine
  secondaire Glissement à partir du plateau de
  Trafalgar,Verrouillage par éventails détritiques
  de peu postérieurs

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LE SEUIL DE CAMARINAL
Bathymétrie au sondeur multifaisceaux, Ifremer
pour SECEG SA.¼ d'heure pour avoir une idée...
2-3 ans pour l'argumenter !
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SEUILS DE CAMARINAL ET DE SPARTEL
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IDÉES EN VOIE DADOPTION