Theses Year : 2024

Sediment provenance and weathering history of different continental margins in SE Asia : examples from South China Sea

Enregistrement sédimentaire de l'altération continentale sur les marges du SE Asiatique : exemples dans la mer de Chine du Sud

Abstract

The Sunda Shelf, as part of southern South China Sea (SCS), is in a low-latitude tropical region, with stable tectonics since the Quaternary. During glacial lowstand, the Sunda Shelf was exposed and connected to surrounding land, forming the Sunda Continent, which is the most important geographical change in the low-latitude regions during the Quaternary. How did the exposure of the shelf during glacial-interglacial cycles alter the sediment "source-sink" processes in the southern SCS? Did the increased land available for weathering reactions due to shelf exposure affect atmospheric CO₂ concentrations? Research on these questions remains limited. This study focuses on the Sunda Shelf of southern SCS and surrounding lands. It examined samples both from the land and marine with geochemical methods. analyzed the evolution of sediment sources in the southern SCS since the last deglaciation and the changes in the "source-sink" role of the Sunda Shelf during of high and low sea levels periods. Explored the relative changes in silicate weathering intensity between glacial and interglacial periods in the southern SCS. It also calculated the atmospheric CO₂ consumption rate by silicate weathering since the last deglaciation and identified the factors controlling this rate. The main findings and conclusions are as follows:(1) Large rivers dominate the present-day marine sediment sources on the southern Sunda shelf of the southern SCS. The Sr-Nd isotopic composition of sediments from the Sunda Shelf and southern SCS closely resembles that of sediments from northern large rivers, indicating that present-day marine sediments are mainly controlled by large rivers with high sediment flux. (2) Sea level changes controlled the shifts in sediment source-to-sink processes in the southern SCS since late LGM. During the glaciation, low sea levels exposed the shelf, with large paleo-river systems. Sediments were directly transported to the slope through these paleo-channels. As sea levels rose, the shelf was gradually submerged, reducing material from southern small island rivers while increasing input from major rivers in the northern shelf. During the Holocene highstand, the Mekong River became the primary sediment source for the Sunda Shelf. It is indicated that sea level changes dictated shifts in source areas and sedimentary centers, while climate, ocean currents, and sediment flux jointly influenced sediment provenance in the southern SCS. (3)The (²³⁴U/²³⁸U) ratio revealed the ongoing active erosion of equatorial tropical islands during glacial periods. It was found that tropical islands near the equator experienced slightly weaker precipitation compared to the Holocene. Materials that had undergone early erosion or had been retained for extended periods were shallowly eroded and remobilized to the slope via paleo-rivers. This indicated that the tropical islands in the southern SCS remained actively eroded during glacial periods.(4)Shelf exposure during glacial periods compensated for the reduced CO₂ consumption rates by silicate weathering due to decreased precipitation, thereby maintaining the overall balance of CO₂ consumption flux since the LGM. Calculations of major elements in core sediments indicated that atmospheric CO₂ consumption flux in the southern SCS has remained nearly constant since the LGM, although silicate weathering rates during glacial periods were only half of those in the Holocene. The increased area available for weathering reactions during glacial periods compensated for the reduced silicate chemical weathering rates, thus controlling the long-term balance of atmospheric CO₂ consumption flux. It was revealed that changes in precipitation are the primary factor controlling variations in silicate weathering and CO₂ consumption rates, while the roles of temperature and lithology require further evidence.
Le plateau de la Sonde, qui fait partie du sud de la mer de Chine méridionale (SCS), est situé dans une région tropicale caractérisée par une tectonique stable depuis le Quaternaire. Elle a examiné des échantillons de sédiments fluviaux dans des régions sources potentielles, des sédiments du fond marin et des carottes du plateau de la Sonde (ST13) et du talus (18288-2), à l'aide d'analyses élémentaires et isotopiques. Elle a analysé l'évolution des sources de sédiments depuis la dernière déglaciation et les changements induits sur le cycle du carbone par plateau de la Sonde pendant les périodes de haut et de bas niveau de la mer. En particulier, elle a exploré les changements relatifs de l'intensité de l'altération des silicates entre les périodes glaciaires et interglaciaires dans le sud de la SCS. Elle a également calculé le taux de consommation de CO₂ atmosphérique par l'altération des silicates depuis la dernière déglaciation et identifié les facteurs contrôlant ce taux. Les principales observation et conclusions de ce travail sont les suivantes : Les grandes rivières dominent les sources actuelles de sédiments marins. La composition isotopique Sr-Nd des sédiments du plateau continental de la Sonde et du sud du SCS ressemble étroitement à celle des sédiments des grandes rivières du nord (Mékong, Fleuve Rouge), ce qui indique que les sédiments marins actuels sont principalement contrôlés par de grandes rivières à fort flux de sédiments. Les changements du niveau de la mer ont imposé des changements dans les transferts et la nature des sédiments dans le sud du SCS depuis la fin du dernier maximum glacière (LGM). Les valeurs ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr et ɛNd des sédiments du stade I (0-12.5 Ka) de 18288-2 et les sédiments de ST13 sont dans la gamme de celles du golfe de Beibuwan, du plateau de la Sonde et des sédiments au large de la péninsule indochinoise. Les valeurs ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr et ɛNd des sédiments du stade II (12.5-16.5 Ka) de 18288-2 sont assez proches de celles des sédiments au large de la péninsule indochinoise. La composition isotopique des sédiments du stade III (16.5-18.5 Ka) de 18288-2 est proche de la gamme de distribution isotopique des sédiments offshore de Bornéo. Quatre facteurs suivants contrôlent les changements de provenance des sédiments des niveaux marins élevés et bas : le changements du niveau de la mer, les flux fluviaux et distance de transport, les courants océaniques, et les changements climatiques. Les changements d'intensité d'altération enregistrés par les sédiments des carottes ST13 et 18288-2 sur les différentes périodes géologiques nécessitent la détermination des contributions de diverses sources par l'analyse de provenance. Les différences de consommation de CO₂ par l'altération des silicates au cours de la période glaciaire et de l'Holocène ont été calculées quantitativement sur la base des différences d'intensité d'altération et relative à la consommation de CO₂ entre le stade I (fin de la LGM à début de la déglaciation), le stade II (fin de la déglaciation) et le stade III (Holocène) pour les sédiments de la carotte 18288-2. Les changements entre le stade I et le stade III sont minimes. Pour le stade II, la consommation de CO₂ était comprise entre - 44 et 14 × 10⁹ mol/an, selon la présence ou non de matériel de Bornéo dans la source. En supposant un taux moyen de consommation de CO₂ de 191 × 10³ mol/km²/an pendant l'Holocène (stade III) basé sur des données publiées précédemment sur les taux d'altération terrestre autour du SCS, avec une superficie moyenne de terres altérables de 1,76 × 10⁶ km² dans la zone d'étude, nous avons estimé la consommation moyenne de CO₂ pendant l'Holocène à 336 × 10⁹ mol/an. La consommation de CO₂ pendant les stades I et II a été calculée à 300-350 × 10⁹ mol/an, ce qui suggère que la consommation de CO₂ par l'altération des silicates dans le sud du SCS est restée relativement constante depuis la fin du LGM.
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Dates and versions

tel-04929529 , version 1 (04-02-2025)

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  • HAL Id : tel-04929529 , version 1

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Cite

Junfei Chen. Sediment provenance and weathering history of different continental margins in SE Asia : examples from South China Sea. Geochemistry. Université de Lorraine; Tongji university (Shanghai, Chine), 2024. English. ⟨NNT : 2024LORR0143⟩. ⟨tel-04929529⟩
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