Types de varve
Les varves aquatiques ont été décrites dans de nombreux milieux dans les lacs et la mer, mais elles appartiennent toutes à l’une des trois classes (Zolitschka et al., 2015; Schimmelmann et coll., 2016). Les varves clastiques sont normalement constituées de lamelles de sédiments fins de limon et d’argile déposés en suspension pendant les périodes d’afflux limité d’eau et de sédiments et les périodes de diminution des processus de distribution dans le plan d’eau. Des couches grossières de limon et de sable sont déposées en réponse à un afflux abondant et à une circulation vigoureuse dans le plan d’eau (Fig. 2; Desloges et Gilbert, 1994; Lamoreux, 2000; Moore et coll., 2001; Zolitschka, 1996). Généralement, ces couplets ne peuvent pas être distingués dans des échantillons frais de sédiments humides, mais au séchage, le sable et le limon grossier prennent un ton clair, tandis que l’argile hydrophile reste humide et sombre. Ainsi, avec une attention particulière pendant le séchage, les varves clastiques se distinguent facilement à l’œil nu (Fig. 1A et B), et les enregistrements photographiques sont normalement les meilleurs pour l’analyse des varves épaisses, tandis que les sections minces sont couramment utilisées pour les varves de taille submillimétrique.
Fig. 2. Des coupes minces au microscope révèlent la microtexture des différents types de varves. Les varves clastiques (à gauche) du lac C2 (Arctique Canadien) montrent, sous une lumière polarisée, des lamelles brillantes avec de la matière minérogène grossière causée par les inondations en été et des lamelles d’hiver à grain fin plus foncées. Les varves endogènes (milieu) du lac Lazduny (Pologne) montrent des lamines brillantes constituées de précipités de calcite représentant l’été et les varves organiques (à droite) du lac Kallio-Kourujärvi (Finlande) montrent une succession de matière biogène dérivée de la production autochtone pendant l’été (lamines brillantes) à de la matière organique sombre, fine et bien dégradée accumulée pendant l’hiver.
(à gauche) Portail d’images Varves http://pastglobalchanges.org/ini/end-aff/varves-wg/varves-image-library/3935-lake-c2 référence: Zolitschka, B. (1996). Sédimentation récente dans un lac de l’Extrême Arctique, nord de l’île d’Ellesmere, Canada. Journal de Paléolimnologie 16, 169-186; (milieu) Portail d’images de Varve http://pastglobalchanges.org/ini/end-aff/varves-wg/varves-image-library/3934-lake-lazduny Tylmann, W., Entre, D., Kinder, M., Moska, P., Ohlendorf, C., Poręba, G., Zolitschka, B. (2013b). Datation multiple des sédiments varvés du lac Łazduny, nord de la Pologne: Vers une chronologie améliorée pour les 150 dernières années. Géochronologie quaternaire 15, 98-107; (à droite) Image de l’auteur modifiée à partir de Saarni, S., Saarinen, T., Lensu, A. (2015). Les varves de sédiments lacustres organiques comme indicateurs des changements de précipitations passés: Un record climatique de 3 000 ans de la Finlad centrale. Journal de paléolimnologie 53, 401-413.
Le dépôt de couches à grains fins et grossiers dans une varve clastique est renforcé par des processus à l’intérieur du plan d’eau. Dans les lacs soumis à un afflux de sédiments, les courants de turbidité produisent efficacement des rafales de sédiments qui se déposent presque instantanément sous forme de lits gradués, et des couches distinctes sont donc associées à chaque événement, souvent quotidien. Les varves complexes se forment généralement de cette manière. Les couches de sable limoneux dans les couches d’argile d’hiver sombres montrées à la Fig. 1B résulte de l’incursion d’intenses tempêtes d’automne et d’hiver de l’océan Pacifique dans les montagnes. La fonte des neiges augmentée par la pluie chaude génère de grandes inondations qui livrent des rafales de sédiments plus grossiers au lac, où les courants de turbidité les transportent efficacement au fond du lac. Les lamelles à grain fin sont déposées par décantation à travers la colonne d’eau. Les varves clastiques sont typiques des conditions proglaciaires et périglaciaires dans les régions polaires et alpines (Zolitschka et al., 2015) et se trouvent également dans des environnements marins polaires (par exemple, la mer de Weddel; Weber et al., 2011).
Des varves endogènes se forment à la suite de la précipitation chimique de minéraux authigènes. Ils comprennent des minéraux endogènes évaporitiques qui se forment dans des conditions arides ou semi-arides (Fig. 1C; Prasad et coll., 2004; Zolitschka, 2007). Une forte évaporation augmente la salinité et le pH conduisant à la précipitation de minéraux spécifiques dès que la solubilité est dépassée. De tels minéraux sont par example l’aragonite, le gypse et l’halite. Les varves endogènes sont également présentes dans les lacs des latitudes moyennes, où elles se forment à la suite de la précipitation saisonnière de sels, en particulier de carbonate de calcium, à partir d’une solution sursaturée créée pendant l’été lorsque la température de l’eau est élevée ou lorsque l’absorption de dioxyde de carbone par la végétation aquatique est la plus importante (Fig. 1D; Tylmann et coll., 2013b; Brauer et coll., 2008b). Le carbonate particulaire grossier se dépose normalement dans la colonne d’eau et s’enfouit suffisamment rapidement pour que la plupart ne soient pas redissous dans l’eau froide saturée au fond de ces lacs. En hiver, tout le lac est suffisamment froid pour que le carbonate ne précipite pas, et même une petite quantité de sédiments terrigènes produit une lame distinctive pour former une varve (fig. 2).
Les varves biogéniques se forment à la suite d’un cycle saisonnier de production et de dépôt biogéniques provenant de la terre (p. ex., pollen, débris végétaux, acides humiques et fulviques) ou provenant du plan d’eau lui-même, comme des fleurs de diatomées ou d’autres organismes aquatiques (Baier et al., 2004; Chu et coll., 2008; Membres du projet Nakagawa et Suigetsu 2006, 2014; Saarni et al., 2015). Le type de varve biogénique se trouve dans les milieux marins et dans les lacs, où le dépôt de frustules de diatomées après la floraison printanière est suivi du dépôt de détritus végétaux bien dégradés, de composants minérogènes et souvent de sulfures métalliques (Fig. 1E et 2; Saarni et coll., 2015; Schimmelmann et coll., 2016; Zolitschka et coll., 2015). Les varves biogènes se forment dans des bassins avec des eaux de fond anoxiques qui empêchent l’établissement d’un benthos qui bioturberait et détruirait les varves au fur et à mesure de leur formation. L’anoxie ralentit également la désintégration du carbone organique qui peut former la lame distinctive de certains varves biogènes. Les varves biogènes lacustres se trouvent généralement dans des conditions climatiques tempérées (Zolitschka et al., 2015) bien que peu d’enregistrements de varves biogènes soient rapportés dans la région boréale (Saarni et al., 2015; Støren et Dahl, 2012) et les conditions arctiques également (Chutko et Lamoreux, 2009). En milieu marin, les varves biogènes se trouvent de manière plus diverse des latitudes hautes aux latitudes basses, les diatomées étant l’un des principaux constituants (Schimmelmann et al., 2016).
Les varves mixtes sont constituées d’au moins deux composants des trois types de varves précédents (Fig. 1F et G). Les paramètres climatiques et géologiques provoquent des changements saisonniers dans les matériaux disponibles, ce qui entraîne une succession de compositions sédimentaires variables et, par conséquent, trois types de varves précédemment décrits se présentent rarement comme des éléments finaux purs, mais souvent comme des varves mixtes. Dans la zone boréale avec des hivers riches en neige et des étés chauds, les lamelles clastiques sont causées par la fonte épisodique de la neige (Ojala et al., 2013; Saarni et coll., 2016) alors que dans les latitudes inférieures, des lamines minérogènes existent souvent en raison de la saison des pluies (Hughen et al., 1996) ou la présence saisonnière d’activités éoliennes telles que les alizés (Chu et al., 2009). Le composant biogénique s’accumule pendant la floraison des algues et la saison de croissance à la suite de la production autochtone et allochtone. Dans un climat tempéré, des varves biogènes avec une composante minérogène endogène peuvent se former à la suite de la saturation de la calcite provenant du bassin versant. On trouve couramment une grande variété de varves mixtes dans les milieux marins et lacustres (Schimmelmann et al., 2016; Zolitschka et coll., 2015).
Les processus biogènes et endogènes sont plus susceptibles de former des varves simples car ils ne se produisent généralement qu’une fois par an, alors que les processus associés au dépôt de sédiments clastiques sont souvent de plus courte durée et de plus grande fréquence. En raison de conditions plus complexes dans le milieu marin, les varves marines peuvent être constituées d’une succession plus variable avec de multiples lamelles saisonnières (Schimmelmann et al., 2016). L’épaisseur de la varve varie largement en fonction de l’environnement sédimentaire. L’épaisseur moyenne des varves est généralement de quelques millimètres par an variant de moins d’un millimètre par an à des centimètres par an dans les deux milieux marins (Schimmelmann et al., 2016) et les environnements lacustres (Ojala et al., 2012). Les images de plus de 50 enregistrements de varves différents provenant d’environnements marins et lacustres du monde entier sont disponibles sur Varve Image Portal http://pastglobalchanges.org/ini/end-aff/varves-wg/varves-image-library (Zolitschka, 2018b).