Identification et datation précise de la position stratigraphique de la transition entre le Pléistocène inférieur et le Pléistocène moyen à l’aide du nucléide cosmogénique bérylium-10

L’échelle des temps géologiques est basée sur la succession des crises biologiques ou climatiques qu’a connue la Terre en lien avec des bouleversements majeurs de l’environnement global. Les subdivisions chronologiques (ères, systèmes et étages) officielles sont localisées, et leurs limites symbolisées par la présence de Clous d’or (ou Points stratigraphiques mondiaux), qui marquent des séquences sédimentaires de référence, dit stratotypes. La définition de ces stratotypes est d’autant plus fiable et précise qu’elle est associée à de nombreux marqueurs d’événements géophysiques globaux (climat, champ magnétique, traceurs de matière extra-terrestre…).
La séquence marine exondée de Montalbano Jonico (commune située dans la région Basilicata, Italie) est candidate à sa reconnaissance comme stratotype de la limite entre le Pléistocène moyen et le Pléistocène inférieur, laquelle a été assignée à l’occurrence de la dernière inversion de polarité du champ magnétique terrestre, datée autour de 773 000 ans.

Bien que singulièrement riches en informations stratigraphiques et paléo-environnementales, les sédiments de la séquence de Montalbano Jonico ont subi une ré-aimantation post dépôt qui compromet l’identification de cette inversion via des mesures paléo-magnétiques classiques (étude de l’aimantation rémanente naturelle des sédiments). Afin de pallier cette difficulté, des chercheurs du CEREGE, du LSCE et de l’Université de Bari Aldo Moro ont mesuré, tout au long de cette séquence, la concentration du nucléide cosmogénique béryllium-10 (¹⁰Be), dont la production, inversement proportionnelle à l’intensité du champ magnétique, devrait doubler lorsque celui-ci s’effondre durant une inversion de polarité.
Sur ce site de Montalbano, la vitesse de dépôt des sédiments ayant été très rapide, de l’ordre de 80 cm par millier d’années, les chercheurs ont pu accéder à une résolution temporelle unique pour cette période dans une archive marine et ainsi restituer, pour la première fois et avec une très haute précision, ce doublement de production du ¹⁰Be.
Un autre grand intérêt de ce site est qu’il présente une couche de cendres volcaniques contemporaine de l’inversion du champ magnétique, ce qui a permis aux chercheurs de dater cet événement de manière précise et absolue (datation radiométrique ⁴⁰Ar/³⁹Ar). C’est la première fois que la transition Brunhes-Matuyama est datée directement dans une séquence sédimentaire marine sans avoir recours à un modèle d’âge.

Enfin, le contexte orbital et la concentration en CO₂ atmosphérique lors du stade isotopique marin 19 ont permis aux chercheurs d’obtenir une chronostratigraphie isotopique (δ¹⁸O) extrêmement précise (résolution centennale), ce qui est d’un grand intérêt pour les paléo-climatologies dans la mesure où cet interglaciaire contemporain de l’inversion est le meilleur analogue de l’interglaciaire actuel (Holocène).

En conclusion, les chercheurs estiment que cette identification stratigraphique robuste impose la séquence de Montalbano Jonico comme le meilleur candidat à l’attribution du Clou d’or pour la limite entre Pléistocène inférieur et Pléistocène moyen.

Du fait de l’excellente résolution de cette archive marine, les chercheurs ont également pu démontrer au cours de cette étude que la décroissance et le rétablissement de l’intensité du champ magnétique terrestre encadrant l’inversion ne se sont pas produits de manière régulière mais par paliers, sous la forme d’une succession d’épisodes rapides. Ce résultat représente de nouvelles contraintes utiles pour les modèles de géodynamo devant permettre d’anticiper le comportement futur du champ magnétique terrestre.

Ces travaux ont été financés en partie dans le cadre de l’ERC Edifice piloté par l’IPGP et du projet INTERMED du programme LEFE du CNRS/INSU (2014). Les mesures des concentrations du ¹⁰Be dans les échantillons de sédiments ont été réalisées à l’aide du spectromètre de masse par accélération ASTER, qui est un instrument national (CNRS/INSU, IRD, ANR EQUIPEX).