également de discuter les observations climatiques faites par Sayadyan et al. (1993). Nous avons donc repris l’étude de la coupe de Shamb via une approche pluridisciplinaire intégrant la cartographie, l’analyse structurale et la sédimentologie de terrain. Nous avons prélevé 99 échantillons pour l'étude palynologique (en moyenne un tous les mètres), 18 échantillons pour l'étude paléomagnétique (en moyenne un tous les 6 m) et 3 niveaux de tufs volcaniques pour des datations par la méthode 40Ar/39Ar. En outre, nous avons pu repositionner les 16 gisements de macrorestes dans la succession.
Figure 1. Localisation de la vallée du Vorotan en Arménie.
Figure 1. Localisation map of the Vorotan valley in Armenia.
Géologie
La cartographie de la vallée du Vorotan a récemment été reprise dans le cadre du programme Eclipse II (Fig. 2 ; Ollivier et al., 2004, 2006). Les diatomites de Shamb reposent sur un socle métamorphique ou volcanique d’âge éocène. Elles sont surmontées en discordance de ravinement par une coulée basaltique datée à 0,935 Ma ± 15 ka (Ollivier et al. 2004).
Les diatomites de Shamb font partie d’un système lacustre de grande étendue dont la répartition et la morphologie étaient probablement contrôlées par un héritage paléostructural marqué et un volcanisme très actif au Plio-Pléistocène dans cette région (Fig. 3).
Nous avons étudié la structuration de ce secteur pour y trouver la coupe la plus continue possible. Il s'avère que la zone étudiée (Fig. 4) est recoupée par des failles normales de direction est-ouest, à fort pendage, avec effondrement des compartiments sud. Ces failles affectent le basalte sommital et induisent des répétitions de la succession diatomitique. D'autre part, la partie supérieure des affleurements a été le siège d'importants glissements de terrain vers le Sud qui masquent les successions en place. Nous avons néanmoins trouvé deux coupes bien préservées où l'empilement des strates est continu, permettant d'établir une succession composite de 115 mètres d'épaisseur environ. La partie inférieure de la succession a été levée depuis la base du lac (N 39°47,219’ - E 46°13,606’ alt. GPS 1254 m ; Fig. 3), avec des compléments d'observation à l'extrême base 150 m plus à l'Ouest à la même altitude. La partie supérieure de la succession a été levée depuis un petit vallon très proche dont la base est localisée à N 39°47,246’ - E 46°13,709’ (alt. GPS 1395 m ; Fig. 3) jusque sur la crête supportant des pylônes électriques (Fig. 4). Les deux coupes étudiées font partie d'un même bloc structural présentant un pendage de 5 à 20° vers le NNE. Les relevés antérieurs (Sayadyan et al., 1983) n'avaient pas pris en compte ces failles.
Figure 2. Cartographie géologique de la vallée du Vorotan (Ollivier et al., 2004).
4.4. Shamb – le témoin oriental et continental
Figure 3. Vue panoramique de la vallée de Shamb vers le Nord-Ouest (Ollivier et al., 2004).
Les terrains blancs correspondent aux affleurements de diatomites.
Figure 3. Panoramic view of the Shamb valley oriented toward the NW (Ollivier et al., 2004).
Résultats
La coupe de Shamb
La succession comprend 115 m de dépôts entre la base affleurante et le basalte sommital Fig. 6 ; Cornée et al., 2005). Quatre ensembles lithologiques majeurs peuvent être distingués, représentant 18 séquences dans l'attente d'études plus poussées, en particulier sur le plan chronostratigraphique. De la base au sommet, on distingue (Figures 4 et 6):
Unité A - 20 m de dépôts gréso-diatomitiques organisés en séquences décimétriques à
métriques au plus (séquences 1 à 5). La partie inférieure de ces dépôts est caractérisée par d'importantes déformations visco-plastiques, avec des plis couchés, des étirements de bancs, des injections diapiriques aboutissant à la formation de boules et de coussins, et parfois à un mélange de divers faciès (grès-tufs-diatomites). Ces déformations sont comprises entre deux horizons non déformés et sont interprétées comme des séismites formées à l'interface eau- sédiment.
Unité B - 20 m de séquences plurimétriques (séquences 6 et 7) dominées par des dépôts de
diatomites massives, rubanées, argileuses.
Unité C - 20 m composés de séquences gréso-diatomitiques, décimétriques à métriques au
plus (séquences 8 à 14). Cet ensemble est caractérisé par une teinte jaunâtre due à des concentrations secondaires d'oxydes de fer aux interfaces grès-diatomites.
Unité D - 55 m de séquences d'épaisseur plurimétrique à pluridécamétrique (séquences 15 à
18) largement dominées par des diatomites massives, argileuses et rubanées. Le sommet de la succession est interrompu par faille et l'épaisseur de dépôts manquante pour atteindre le basalte n'est pas précisément connue. Cependant, les investigations menées dans toute la zone tendent à indiquer que le basalte était proche. Pour Ollivier et al. (2004), le basalte repose sur des diatomites qui seraient rubéfiées dans la zone de contact.
Diatomites lacustres basalte daté de 935 ± 15 ka Shamb village Coulée volcanique Socle porphyrique 1254 m 1395 m
Figure 4. Panorama des affleurements continentaux du Pléistocène de Shamb avec position
des coupes étudiées, les niveaux de tufs volcaniques et les séquences sédimentaires individualisées (pour le détail voir Fig. 6).
Figure 4. Panoramic view of the continental Pleistocene Shamb outcrop with sections, tuf
layers, sedimentary sequences (see Fig. 6 for details).
D'une façon générale, les faciès s'organisent en séquences décimétriques à plurimétriques, comprenant chacune, de bas en haut :
[1] une surface de ravinement;
[2] des grès ou des conglomérats remaniant des éléments de socle (rares calcaires ou grès mésozoïques) et de dépôts volcaniques (éléments de laves, de ponces). Les grès montrent des laminations planaires tractives ou des rides de courant asymétriques;
[3] ces faciès grossiers passent insensiblement vers le haut à des faciès de grès fins ou de siltstones massifs;
[4] les termes supérieurs comprennent le plus souvent des diatomites massives, plus rarement des diatomites à laminations millimétriques et exceptionnellement des argiles.
L'organisation des faciès témoigne, pour chaque séquence, d'un contrôle énergétique depuis un pôle de haute à moyenne énergie à la base jusqu'à un pôle de basse énergie dans la partie supérieure (décantation d'argiles ou de diatomées pélagiques). La répétition des faciès au long de la coupe suggère également une certaine cyclicité sédimentaire.
Nous disposons désormais de deux éléments pour proposer un âge provisoire à la section : [1] un âge plateau sur 200 mg de plagioclase provenant du tuf T7 (four avec chauffage incrémenté) de 1,400 Ma ± 20 ka (2σ ; coll. P. Münch et M. Fornari) ;
[2] les résultats préliminaires concernant le paléomagnétisme montrent que la coupe est intégralement située dans une période inverse (coll. W. Krijgsman et I. Vasiliev).
On peut donc considérer que cette section se place dans la période inverse Matuyama entre les deux épisodes normaux Olduvai et Cobb Mountain c’est-à-dire entre 1,785 et 1,211 Ma (cf. chapitre 2.4.). Dans la mesure où les événements normaux Cobb M. et Jaramillo n’ont pas été identifiés dans la partie supérieure de la succession, une lacune n’est pas à exclure avant le dépôt du basalte, d’au plus 300,000 ans. La coupe de Shamb est donc d’âge pléistocène inférieur.
4.4. Shamb – le témoin oriental et continental
Figure 5. Diagramme pollinique détaillé.
Figure 5. Detailled palynological diagram.
Pollens
Les sédiments diatomitiques de la coupe de Shamb présentent une préservation inconstante de pollens. L’analyse pollinique n’a pu être faite que sur 31 échantillons, qui ont livré un nombre de pollens satisfaisant, des 99 échantillons prélevés. Environ 8,000 pollens
ont été déterminés. Les taxons identifiés sont représentés individuellement (Fig. 5). Les échantillons analysés se regroupent dans trois parties de la coupe (Fig. 6). De manière générale, on peut caractériser deux ensembles dominants de pollens :
[1] l’une se caractérise par une forte dominance des pollens d’herbes (Amaranthaceae- Chenopodiaceae, Caryophyllaceae, Poaceae) et notamment de steppe (Artemisia et Ephedra), les éléments mésothermes étant rares;
[2] l’autre est marqué par une forte proportion des éléments mésothermes (Ulmus, Quercus décidu), la steppe restant toujours importante.
Les variations majeures du contenu pollinique résultent donc d’un remplacement des herbes, et plus particulièrement des Amaranthaceae-Chenopodiaceae et Caryophyllaceae, par les éléments mésothermes.
L’ensemble [1] est lié à l’installation de conditions arides permettant à la steppe d’occuper de larges espaces, les Amaranthaceae-Chenopodiaceae et Caryophyllaceae se seraient développées sur les rives exondées du paléolac. L’ensemble [2] à éléments mésothermes est principalement constitué d’Ulmus. Comme la steppe reste importante, cela témoigne d’espaces ouverts co-existant avec les éléments ripicoles (Ulmus et Zelkova). Ces phases sont interprétées comme liées à l’installation de conditions plus humides, permettant au paléolac de se reconstituer sur l’espace occupé par les Amaranthaceae-Chenopodiaceae et Caryophyllaceae en période sèche. La faible proportion de Quercus décidus, de Pinus et de Cupressaceae confirme l’existence des espaces ouverts à rares forêts. Ce type de paysage évoque fortement l’Actuel, avec des éléments ripicoles (Ulmus, Salix) au bord des lacs ou en fond de vallées, un arrière-pays proche à steppe (Ephedra) et quelques chênaies isolées sur les versants Nord (Fig. 7). Les portions de diagrammes disponibles indiquent une alternance de périodes arides et de périodes plus humides. Pour Sayadyan et al. (1983), ces alternances correspondent à des changements climatiques avec des périodes arides et chaudes (steppe) et des périodes plus humides et froides (éléments mésothermes). Cependant, si l’on se réfère à l’Actuel, c’est-à-dire à un interglaciaire, la présence de ripilsive témoignerait plutôt d’une période chaude et relativement humide.
Macrorestes (coll. I. Gabrielyan et P. Roiron)
Nous avons découvert quatre nouveaux sites avec des restes de macroflore, en plus des 12 déjà connus. L’analyse des macrorestes effectuée par I. Gabrielyan témoigne d’une certaine diversité au sein de la ripilsive et des plantes aquatiques (Alnus, Populus ssp., Salix ssp.,
Phragmites, Myriophyllum, Potamogeton, Ceratophyllum, etc) mais également d’une chênaie
à laquelle il convient d’associer Acer, Betula, Tilia, Ulmus, Prunus, Pyrus, Malus, Sorbus.
Les taxons steppiques affectionnant les conditions xériques sont également bien représentés (Juniperus, Berberis, Lonicera, Ribes, Rosa, Spiraea, Acer ibericum, Celtis caucasica,
Cotinus coggygria, Amelanchier ovalis, Spiraea hypericifolia, Fraxinus oxycarpa). Pour les
niveaux inférieurs (Shamb A, B, C, D), le nombre d’échantillons et la diversité taxonomique des macrorestes est faible (7 taxons au maximum), ce qui correspond à l’association [1] donnée par l’analyse pollinique. Les niveaux E et F sont les plus riches en spécimens foliaires comme en nombre de taxons ligneux et témoignent d’un développement de la forêt en accord avec le diagramme palynologique. Dans la partie supérieure de la coupe, un milieu très ouvert où les arbres ont presque totalement disparu succède à un milieu contrasté avec un paysage où des espaces forestiers devaient côtoyer des zones steppiques.
4.4. Shamb – le témoin oriental et continental
Figure 6. La succession diatomitique de Shamb avec position des échantillons, découpage
sédimentaire et localisation des sites à macroflore et diagrammes polliniques synthétiques. Figure 6. Diatomitic succession of Shamb with location of palynological samples,
Figure 7. a) Paysage steppique avec quelques bosquets épars à Chêne principalement, b)
steppes avec quelques arbres de ripilsive (Salix, Ulmus) dans les vallons.
Figure 7. a) Steppe environment with scarce groves composed of oaks mainly, b) steppe with
some riparian trees (Salix, Ulmus) in small valleys.
Discussion
Végétation
Il n’apparaît pas dans l’état actuel des connaissances de lien direct entre les changements de faciès et les variations du contenu pollinique. Ceci pourrait être en partie dû à la mauvaise préservation de pollens.
La confrontation des résultats provenant de l’analyse pollinique et de l’étude des macrorestes végétaux permet d’établir [1] que la sous représentation des herbes est davantage exprimée dans la macroflore que dans la flore pollinique, et inversement pour la diversité au sein des éléments mésothermes, [2] que les deux flores témoignent d’une ripilsive importante pendant les périodes plus humides. La sous-représentation voire l’absence des herbes dans les macrorestes par rapport à l’analyse pollinique est un fait remarqué, par exemple par Suc (1978) puis Leroy et Roiron (1996) dans le paléolac de Bernasso (France) daté du Pliocène supérieur (Ambert et al., 1990). Cette observation a été discutée par Leroy et Roiron (1996) qui mettent l’accent au sein des taxons arborés sur une dominance de Carpinus orientalis,
Parrotia persica, plusieurs espèces d’Acer et Carya dans la macroflore alors que dans la
microflore, les taxons dominants sont Carya, Ulmus-Zelkova, Pinus et Tsuga). A Shamb,
Carpinus orientalis et plusieurs espèces d’Acer sont représentatifs des taxons arborés présents
dans la macroflore. Ces taxons sont faiblement enregistrés dans le signal pollinique au contraire d’Ulmus. Les similitudes entre Shamb et Bernasso sont fortes notamment pour les artéfacts de représentation entre la macroflore et la microflore.
A Shamb, les taxons, aujourd’hui disparus du sud de l’Arménie, mais existant au Pléistocène inférieur sont Zelkova, Pterocarya, Parrotia persica, Liquidambar, Tsuga.
Climat
L’analyse pollinique permet de différencier des alternances de périodes arides et plus humides. Cela témoigne d’un contrôle climatique, toutefois peu exprimé dans les sédiments et dans le développement diatomitique (d’après les travaux antérieurs et nos observations).
Il semble pertinent d’envisager, comme pour l’Actuel, un paysage ouvert steppique sur les hauteurs et les flancs méridionaux des reliefs, interrompu de fonds de vallées à ripilsive et la
4.4. Shamb – le témoin oriental et continental
présence sur les versants nord de quelques forêts, à Chêne principalement. Ce type de paysage a probablement prédominé lors des phases relativement humides. En phase sèche, la ripilsive devait régresser tout en étant, semble-t-il, moins affectée que les forêts, laissant la place à la steppe, les Amaranthaceae-Chenopodiaceae et Caryophyllaceae se développant alors sur les rives du lac. Cette alternance est à rapprocher des cycles climatiques avec, selon les interprétations :
[1] des interglaciaires chauds et secs et des glaciaires froids et plus humides (Sayadyan et al., 1983) ;
[2] des interglaciaires chauds et relativement humides (comme à l’Actuel) et des glaciaires froids et secs.
Des travaux récents (Pakhomov, 2006) sur le dernier cycle climatique enregistré par des analyses palynologiques en Eurasie (Caucase nord et Kazakhstan) concluent également à des interglaciaires chauds et secs et à des glaciaires froids et humides. En région méditerranéenne (cf sites précédents), les interglaciaires sont chauds et humides et les glaciaires froids et secs au Pléistocène inférieur. Les éléments disponibles en palynologie ou par l’étude des macrorestes à Shamb ne sont suffisamment caractéristiques pour trancher en faveur de l’une ou de l’autre des deux hypothèses. Néanmoins, il semble que l’alternance phase sèche - phase humide soit à relativiser. En effet, les éléments steppiques toujours abondants en phase relativement humide, ainsi que l’effet local probable du paléolac sont à prendre en compte pour déterminer une alternance entre phase sèche et phase relativement plus humide.
Les alternances observées dans les trois portions du diagramme pollinique suggèrent l’existence d’au moins trois cycles climatiques. En fonction de l’épaisseur relative couvert par les cycles identifiés, on peut envisager l’enregistrement d’au moins cinq cycles dans les 115 m de la série (Fig. 6). Nous proposons, dans l’attente des datations des tufs T2 et T5, que ces cinq cycles potentiels aient été forcés par l’obliquité comme cela fut le cas au Pléistocène inférieur. Ces datations s’avèrent aussi indispensables pour mieux contraindre le modèle climatique.
Conclusion
L’étude de la série diatomitique de Shamb :
[1] s’accorde avec un âge Pléistocène inférieur, et une lacune probable sous le basalte sommital ;
[2] montre l’existence au Pléistocène inférieur de Zelkova, Pterocarya, Parrotia persica,
Liquidambar et Tsuga dans le Petit Caucase ;
[3] suggère une cyclicité à travers l’étude palynologique avec une alternance de périodes relativement humides et de périodes arides, cette cyclicité n’apparaissant pas en phase avec les séquences sédimentaires ;
[4] traduit une forte analogie des paysages de végétation en période plus humide avec le paysage actuel ;
[5] souligne la difficulté à caractériser les variations de température au cours des cycles de végétation dans un tel contexte, ne permettant pas de discuter d’une éventuelle opposition climatique en termes de xéricité entre la Méditerranée et le Caucase.
Il convient donc d’affiner l’âge de la série puis de développer d’autres méthodes pour reconstituer les paléotempératures (δ18O de la silice des diatomées par exemple).
Ambert, P., Boven, A., Leroy, S., Løvlie, R., Seret, G. 1990. Révision chronostratigraphique de la séquence paléobotanique de Bernasso (Escandorgue, Midi de la France). Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris, 311 (2) : 413-419.
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Ollivier, V., Roiron, P., Gabrielyan l., Nahapetyan, S., Joannin, S., Cornée, J.-J. 2006 Paléoenvironnements et dynamiques morphogéniques quaternaires en Arménie : entre milieux fluvio-lacustres diatomitiques, héritages glaciaires et contextes travertineux. Rapport MAE, pp. 13.
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