Terrestrial and marine organic matter inputs along the West Equatorial African margin. The role of the Zaire River submarine channel in the material transfer.
Apports en matière organique marine et terrigène sur la marge équatoriale ouest africaine : rôle joué par le canyon sous-marin du Zaïre.
Approche par les biomarqueurs lipidiques
Résumé
The Zaire deep-sea fan (South-East Atlantic) is one of the world's largest active fans. It is fed by a unique canyon extending across the West Equatorial African margin, creating a direct connection between the Zaire River estuary and the abyssal plains. The canyon drives a substantial amount of terrigenous sediment down to the deep sea, mainly via turbidity currents. The initial goal of the French BIOZAIRE project initiated by IFREMER is to study the benthic ecosystem in relation to the organic matter inputs, which quantity and quality may influence its development.
Sediment traps and surface sediments collected along the Zaire River submarine canyon and adjacent area were investigated for n-alcohol biomarkers to identify the sources of organic matter.
The main part of this work is devoted to the study of the abundance of short- (C22) n-alcohols, derived from marine organisms and higher plants, respectively, in order to evaluate i) marine vs. terrestrial inputs to the sediments, ii) their transport pathways, and iii) the dynamics in terms of preferential accumulation of turbiditic material. The spatio-temporal variability of marine and terrestrial inputs was assessed using the same approach.
The n-alcohol results exhibit mixed organic matter inputs of marine and terrestrial origins, with the terrigenous contribution predominant in the channel surficial deposits (83% of long-chain biomarkers). The marine inputs are related to the Zaire River plume, whereas the terrestrial material is mostly carried seaward via turbidity currents. Indeed, the material derived from a turbidity current observed in March 2001 shows a strong terrigenous contribution. The turbidity current overflowed the channel flanks onto the levee in a <400 m thick layer. The levee deposits show a different composition compared with those within the channel. Despite the abundance of terrigenous material, an extensive degradation is observed upon settling: 92 and 47% of the C22 n-alcohols are degraded, respectively. Assuming a first order degradation rate, it leads to degradation constants of 3.4 and 0.9 y-1, respectively. The area is characterised by a strong temporal variability. On the levees adjacent to the Zaire submarine channel, this latter is due to the overflow of turbidity currents.
The last part of this study examines the sterol and hydroxy acid biomarkers released simultaneously with the n-alcohols, performing principal component analysis. This method enables the reliability of the source assignment of the biomarkers, and would help towards the interpretation of the sterol data.
Sediment traps and surface sediments collected along the Zaire River submarine canyon and adjacent area were investigated for n-alcohol biomarkers to identify the sources of organic matter.
The main part of this work is devoted to the study of the abundance of short- (C22) n-alcohols, derived from marine organisms and higher plants, respectively, in order to evaluate i) marine vs. terrestrial inputs to the sediments, ii) their transport pathways, and iii) the dynamics in terms of preferential accumulation of turbiditic material. The spatio-temporal variability of marine and terrestrial inputs was assessed using the same approach.
The n-alcohol results exhibit mixed organic matter inputs of marine and terrestrial origins, with the terrigenous contribution predominant in the channel surficial deposits (83% of long-chain biomarkers). The marine inputs are related to the Zaire River plume, whereas the terrestrial material is mostly carried seaward via turbidity currents. Indeed, the material derived from a turbidity current observed in March 2001 shows a strong terrigenous contribution. The turbidity current overflowed the channel flanks onto the levee in a <400 m thick layer. The levee deposits show a different composition compared with those within the channel. Despite the abundance of terrigenous material, an extensive degradation is observed upon settling: 92 and 47% of the C22 n-alcohols are degraded, respectively. Assuming a first order degradation rate, it leads to degradation constants of 3.4 and 0.9 y-1, respectively. The area is characterised by a strong temporal variability. On the levees adjacent to the Zaire submarine channel, this latter is due to the overflow of turbidity currents.
The last part of this study examines the sterol and hydroxy acid biomarkers released simultaneously with the n-alcohols, performing principal component analysis. This method enables the reliability of the source assignment of the biomarkers, and would help towards the interpretation of the sterol data.
Le programme BIOZAÏRE, initié par IFREMER, porte sur l'étude des communautés benthiques de la marge équatoriale ouest africaine en relation avec leur environnement sédimentaire. La particularité de la marge est l'existence d'un canyon sous-marin qui entaille profondément le plateau et la pente continentale depuis l'estuaire jusqu'aux plaines abyssales, et où des courants de turbidité s'écoulent régulièrement. Une fraction significative de la matière organique est supposée dériver des apports véhiculés par le Zaïre.
Le présent travail a majoritairement consisté à identifier les origines de la matière organique. Dans ce but, la distribution des alcools linéaires et les contributions des alcools à courte chaîne carbonée et de ceux à longue chaîne carbonée, respectivement d'origines marine et terrigène, ont été étudiées. Des particules en sédimentation collectées par des pièges à particules lors d'une turbidite ainsi qu'en l'absence d'un tel événement, et des sédiments superficiels prélevés le long du canyon sous-marin du Zaïre ont été analysés afin d'établir les modes de transfert, la dynamique de déposition du matériel turbiditique, et leurs variations spatio-temporelles.
Les résultats montrent que les apports sont mixtes, marin et terrigène, avec une prédominance des alcools terrigènes à longue chaîne carbonée dans les sédiments du chenal (83% des alcools totaux). Les apports en matériel marin sont liés au panache de surface du Zaïre, alors que ceux terrigènes ont principalement lieu par les courants de turbidité. En effet, le matériel collecté en mars 2001 lors d'un tel événement présente une forte contribution des alcools à longue chaîne carbonée. Le matériel turbiditique a débordé du chenal sur les levées, où il atteignait une épaisseur <400 m. Le matériel qui sédimente sur les levées du chenal présente une composition différente des sédiments du chenal. De plus, malgré la forte contribution terrigène, une forte dégradation est observée dans les premiers mois suivants l'arrivée du matériel turbiditique : respectivement 92 and 47% des n-alcools à courte chaîne et à longue chaîne carbonée sont dégradés. Ainsi, des constantes de dégradation de 3.4 and 0.9 y-1 sont calculées.
Les différents biomarqueurs, alcools, stérols et hydroxy acides, ont été étudiés dans une dernière partie. L'analyse en composantes principales est une méthode complémentaire qui aide à l'étude des sources marine ou terrigène des biomarqueurs stérols, ainsi que celle de l'empreinte terrigène aux différents sites.
Le présent travail a majoritairement consisté à identifier les origines de la matière organique. Dans ce but, la distribution des alcools linéaires et les contributions des alcools à courte chaîne carbonée et de ceux à longue chaîne carbonée, respectivement d'origines marine et terrigène, ont été étudiées. Des particules en sédimentation collectées par des pièges à particules lors d'une turbidite ainsi qu'en l'absence d'un tel événement, et des sédiments superficiels prélevés le long du canyon sous-marin du Zaïre ont été analysés afin d'établir les modes de transfert, la dynamique de déposition du matériel turbiditique, et leurs variations spatio-temporelles.
Les résultats montrent que les apports sont mixtes, marin et terrigène, avec une prédominance des alcools terrigènes à longue chaîne carbonée dans les sédiments du chenal (83% des alcools totaux). Les apports en matériel marin sont liés au panache de surface du Zaïre, alors que ceux terrigènes ont principalement lieu par les courants de turbidité. En effet, le matériel collecté en mars 2001 lors d'un tel événement présente une forte contribution des alcools à longue chaîne carbonée. Le matériel turbiditique a débordé du chenal sur les levées, où il atteignait une épaisseur <400 m. Le matériel qui sédimente sur les levées du chenal présente une composition différente des sédiments du chenal. De plus, malgré la forte contribution terrigène, une forte dégradation est observée dans les premiers mois suivants l'arrivée du matériel turbiditique : respectivement 92 and 47% des n-alcools à courte chaîne et à longue chaîne carbonée sont dégradés. Ainsi, des constantes de dégradation de 3.4 and 0.9 y-1 sont calculées.
Les différents biomarqueurs, alcools, stérols et hydroxy acides, ont été étudiés dans une dernière partie. L'analyse en composantes principales est une méthode complémentaire qui aide à l'étude des sources marine ou terrigène des biomarqueurs stérols, ainsi que celle de l'empreinte terrigène aux différents sites.
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