Étude géochimique de l'érosion actuelle de la chaîne himalayenne
Abstract
The aim of this study was to give some new constrains on the Himalayan erosion, using the geochernistry of dissolved and particulate matter carried by Himalayan rivers. The main results are : - The supended load is not representative of the total erosion load. For the Ganges-Brahmaputra (G-B), it represents less than 50% of the total particulate discharge. The total erosion in the G-B is therefore 2.4 ± 0.5 109 ton/yr. - The location of intense erosion corresponds to the location of heavy rain in the range or at the G-B scale. The erosion rate are 3.4 ± 0.7 mm/yr. for the Brahmaputra Himalaya and 2.3 ± 0.6 for the Ganges Himalaya while the run off of these 2 domains are 2.1 and 1.2 m/yr., respectively. In central Nepal, erosion rates follow the climatic contrast between the south and the North flank of the range : the erosion of the South flank of the high range is more than 6 times higher than that of the North flank.- The highest erosion rate is located just above the crustal ramp of the main Himalayan thrust, bellow the heaviest rain and on glaciated terranes. Tectonic convergence and the geometry of the crustal thrust focus the vertical uplift in the narrow zone of the south flank of the high range, where the erosion is twice more important than everywhere else. - The Himalayan erosion is buffered by physical processes. For the G-B, more than 55% of the eroded carbonate are carried by the particulate phase and no more than 1.3% of the eroded silicate have been dissolved. - The high erosion rate acts as a restriction of the weathering. In the south flank of the high range, where the erosion rate is the highest, the weathering of rocks is the lowest. This result implies that there is not a general and positive relationship between tectonic and weathering. This link is even more complex for the whole orogenie process since the weathering of highly divided material in the foreland basin has to be taken into account. - The alkalinity flux corresponding to silicate weathering is 2. 7 1011 mol/yr. corresponding to 2.3% of the global flux. The budget of the weathering implies a dominant contribution of the carbonate dissolution to the riverine chemistry and that weathered silicate are mostly sodic. The long term atmospheric co2 consumption by silicate weathering has been estimated to be 6.4 10 10 mol/yr. for the whole G-B. - 14 Eq% of the alkalinity corresponds to an abiotic alteration. The main is the sulfide oxidation that produces around 70% of the dissolved sulfate load of the G-B. Some metamorphic C02 degassing, along Tibetan graben account for less than 1% of the who le alkalinity, but is loc ally significant. - Dissolved Sr budget and silicate alkalinity budget are uncoupled. An incongruent dissolution of carbonate in the Tibetan part of the range is the main source of dissolved Sr while the small weathering of old crustal terranes (> 2Ga) on the south flank acts as a 87Sr spike for the Himalayan rivers. The G-B (6.5 108 mol/yr. of dissolved Sr with 87Sr/86Sr- 0.730) plays a key role of the Sr oceanic budget but has a few impact on the alkalinity. - The global impact on the carbon cycle by the Himalayan erosion lies in its ability to preserve and bury organic carbon. This burial is one order of magnitude higher than the long term atmospheric CO2 consumption by silicate weathering and represents 5% of the global C burial. This enhanced C removal from the ocean-atmosphere reservoir by the erosion of the Himalaya could be sufficient to destabilize the global carbon cycle.
L'étude de la géochimie des particules exportées par les rivières himalayennes ainsi que la chimie des éléments dissous ont permis de préciser la quantification du couplage entre la tectonique active, caractéristique de l'Himalaya et le climat ainsi que de définir les principaux processus qui caractérisent l'érosion actuelle de la chaîne himalayenne. Les caractéristiques principales de l'érosion de la chaîne himalayenne sont : - Un important fractionnement minéralogique entre la matière en suspension et la charge de fond des rivières. Pour l'ensemble du Gange-Brahmapoutre (G-B), le transport par les MES est < 50% de l'érosion totale qui est de 2.4 ± 0.5 109 tonnes/an pour le bassin du G-B. - La corrélation entre le taux d'érosion et l'intensité annuelle des précipitations, tant a l'échelle des larges bassins (G-B) qu'à l'intérieur de la chaîne. Le taux d'érosion de la chaîne est de 2.3 ± 0.6 mm/an pour la partie drainée par le Gange et de 3.4 ± 0.7 mm/an pour celle drainée par le Brahmapoutre alors que les écoulements spécifiques des parties himalayennes de ces fleuves sont respectivement de 1.2 et 2.1 m/an. Au Népal central, le flanc sud, soumis aux précipitations de mousson, s'érode plus de 6 fois plus vite que le flanc nord, soumis à un climat aride et sec. - Un taux maximal d'érosion physique localisée à l'endroit où la surrection tectonique, les précipitations et les glaciers sont les plus importants. C'est à l'aplomb de la rampe crustale du chevauchement himalayen (MHT) que se trouve la haute chaîne, les plus fortes précipitations et les glaciers. A cet endroit, l'érosion physique est au moins 2 fois plus élevée que dans le reste de la chaîne. Une érosion dominée par le broyage mécanique et non l'altération et la pédogenèse. Pour l'ensemble du G-B, plus de 55% des carbonates sont érodés et transportes sous forme particulaire et seulement 1.3% des silicates sont dissous. - La limitation de l'altération par la forte érosion physique. Le flanc sud de la haute chaîne est caractérisé par la plus faible altération et la plus forte érosion. Dans la chaîne, le couplage tectonique-altération montre un seuil au delà duquel la tectonique limite l'altération. L'altération du matériel himalayen a principalement lieu dans le bassin d'avant chaîne. - Le flux d'alcalinité liée a l'altération des silicates est de 2.7 10 11 mol/an ce qui représente 2.3% du flux global. Le bilan de l'altération implique une forte dominance de l'altération des carbonates et un caractère surtout sodique des silicates dissous. La consommation a long terme de C02 atmosphérique par l'altération dans le bassin du G-B est de 6.4 10 10 mol/an. - Une altération abiotique qui représente 14 Eq% de l'alcalinité. L'oxydation des sulfures des séries sédimentaires, principalement, dans la partie tibétaine de la chaîne produit 70% des sulfates dissous du G-B. Des émanations de C02 métamorphique, lie à la décarbonatation en profondeur, peuvent localement contribuer à l'altération. - Le découplage du budget du Sr dissout et celui de l'alcalinité liée aux silicates. L'altération des carbonates dans la partie aride de la chaîne est in congruente et libère une quantité importante de Sr faiblement radiogénique alors qu'une faible altération des terrains silicates anciens (> 2Ga) joue le rôle de Spike de 87Sr. Ainsi le G-B (6.5 108 mol/an de Sr et un 87Sr/86Sr- 0.730) a un impact primordial sur le budget océanique du Sr. - La prépondérance de l'enfouissement de C organique par rapport à l'altération vis à vis du cycle du carbone. L'érosion physique de l'orogenèse maintient des taux de sédimentation très élevés dans le bassin d'avant chaîne et le cône du Bengale. L'enfouissement et la préservation de carbone organique actuel est d'un ordre de grandeur plus élevée que la consommation de C02 atmosphérique via l'altération. Elle représente une faible quantité (5%) de l'enfouissement global, cependant suffisante pour engendrer une perturbation dans le cycle naturel du carbone.
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