Faculté des sciences

Paléoécologie et paléoclimats de la molasse du Jura (oligo-miocène) : apport des Rhinocerotoidea (Mammalia) et des minéraux argileux

Becker, Damien ; Berger, Jean-Pierre (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2003 ; no 1416.

The Jura Molasse, in which most remains of the studied Rhinocerotoidea remains were found, constitutes a well preserved distal part of the Molasse Basin. This sedimentary series covered a major part of the Jura chain during the Oligocene and Miocene. Today, it is only sporadically found trapped in valleys or preserved in karst fillings. During the Oligo-Miocene period, the Jura region was... More

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    Résumé
    La partie distale du Bassin molassique, classique bassin d’avant-pays, constitue le lieu de préservation de la Molasse du Jura. Cette série sédimentaire a pu recouvrir durant l’Oligo-Miocène une grande partie de la chaîne du Jura actuelle. Aujourd’hui on ne la retrouve que sporadiquement piégée dans les vallées synclinales ou préservée dans des remplissages karstiques. La litho- et la biostratigraphie de l’ensemble des dépôts néogènes jurassiens ont fait l’objet d’une révision et d’une synthèse. Chaque formation utilisée pour la cartographie géologique par les anciens auteurs a été recensée, hiérarchisée et calée sur une charte biostratigraphique. Une nouvelle lithostratigraphie basée sur des groupes lithostratigraphiques est proposée, permettant, en corrélation avec les données du Paléogène de PICOT (2002), l’élaboration d’une carte géologique des dépôts tertiaires dans les synclinaux jurassiens. Une vingtaine de nouveaux affleurements tertiaires sont présentés dans le détail. Leurs analyses sédimentologiques et paléontologiques ont permis la reconstitution des différents systèmes de dépôt ainsi qu’une première approche paléoécologique. Les milieux de dépôt de l’USM jurassien (Molasse alsacienne, Calcaires delémontiens), la lacune de l’Aquitanien, les modalités de transgression et de régression de l’OMM ainsi que l’évolution des systèmes fluvio-lacustres de l’OSM sont illustrés. Des analyses minéralogiques ont été réalisées sur l’ensemble des dépôts de la Molasse du Jura. L’évolution du spectre de minéraux lourds a mis en évidence les principaux changements d’hydrodynamisme contrôlant les systèmes de dépôt alors que les changements dans les cortèges argileux soulignent les différentes influences tectoniques et propose une image paléoclimatique. La super-famille des Rhinocerotoidea de Suisse a été en partie révisée et une étude taxinomique, biostratigraphique et paléoécologique de ce groupe est proposée. Les évolutions de la diversité et des types anatomiques mettent en évidence des changements paléoenvironnementaux contrôlés par une géodynamique et/ou des paléoclimats globaux, régionaux ou locaux. Tant les changements minéralogiques enregistrés que l’évolution de la diversité des Rhinocerotoidea semblent essentiellement contrôlés par des évènements tectoniques et/ou climatiques régionaux ou globaux. L’Eocène moyen est caractérisé par un milieu forestier que partiellement ouvert, où seules de petites formes coureuses de Rhinocerotoidea primitifs évoluent. Durant l’Eocène supérieur, aucune forme de Rhinocerotoidea n’est recensée en Suisse. L’environnement forestier de l’Eocène moyen se ferme et les conditions climatiques demeurent chaudes et humides. La fin de cette période est marquée par la « Grande Coupure ». Le début de l’Oligocène coïncide avec l’arrivée des premiers vrais Rhinocerotidae et l’ouverture des environnements forestiers. Le climat semble se détériorer et montre un début d’aridification de type climat méditerranéen. La limite Rupélien-Chattien est marquée par une tendance au refroidissement. Les Rhinocerotidae du Chattien présentent des prédispositions encore peu perceptibles à la brachypodie et à l’hypsodontie. Le climat continue à se détériorer et est marqué par une crise climatique du Chattien terminal qui voit disparaître les Palmiers et les Taxodiacae. Dès la base du Miocène, on remarque un renouvellement faunique au sein de la famille des Rhinocerotidae. Les conditions environnementales s’améliorent et offrent un large éventail de biotopes aux taxons de l’époque. La « Proboscidean Datum » caractérise la limite entre le Burdigalien et le Langhien. La famille des Rhinocerotidae est à nouveau fortement perturbée par des migrants asiatiques, alors que le climat présente de nets signes de continentalisation et d’aridification suite à la fermeture de la Téthys. Dès la zone à mammifères MN8, et peut-être même dès MN7, un retour de l’humidité se marque. Le dernier intervalle stratigraphique enregistré correspond à la zone à mammifères MN9, base du Miocène supérieur. Sa limite inférieure est caractérisée par l’« Hippotherium Datum », qui suit l’ouverture du couloir migratoire de Béring. De nouveaux migrants d’Asie et d’Afrique renouvellent le groupe des Rhinocerotidae. L’environnement demeure encore forestier, relativement chaud et humide, dans la continuité du changement amorcé dès les zones MN7/8. Finalement cette étude a permis, par la position géographique stratégique de la Molasse du Jura, une reconstitution paléogéographique sortant du cadre jurassien. Une série de cartes détaillées illustre l’évolution paléogéographique-palinspastique du Bassin molassique suisse et du Haut Rhin selon onze intervalles stratigraphiques différents, de la base de l’Aquitanien jusqu’au Pliocène terminal.
    Zusammenfassung
    Die Jura Molasse ist im distalen Tei des Molasse Beckens, einem klassischen Vorland-Becken, erhalten und überdeckte wärend des Oligo-Miozäns wahrscheinlich ein Grossteil der Jurakette. Heute findet man sie nur noch sporadisch in Talmulden oder als Karstfüllungen erhalten. Die Litho- und Biostratigraphie aller neogenen Jura-Ablagerungen sind Gegenstand einer Revision und einer Synthese. Jede lithologische Formation, welche von den früheren Autoren für die geologische Kartographie benutzt wurde, wurde nachgeprüft, hierarchisiert und auf einer biostratigraphischen Tabelle festgehalten. Eine neue Lithostratigraphie, gestützt auf lithographische Gruppen, wird vorgeschlagen. Die Kombination mit den Ergebnissen der Untersuchungen über das Paläogen (PICOT, 2002), ermöglichte die Ausarbeitung einer geologischen Karte der tertiären Ablagerungen in den Talmulden des Schweizer Jura. Gut zwanzig tertiäre Aufschlüsse werden im Detail präsentiert. Die sedimentologischen und paläontologischen Analysen erlaubten die Rekonstitution der verschiedenen Ablagerungssysteme so wie eine erste paläoökologische Annäherung. Die Ablagerungsräume der Jura Molasse, die stratigraphische Lücke des Aquitanians, die Modalitäten der Transgression und der Regression der OMM sowie die Evolution der fluvio-lakustrinen Systeme der OMM werden veranschaulicht. Von der Gesamtheit der Ablagerungen der Jura Molasse wurden mineralogische Analysen durchgeführt. Die Evolution des Schwermineralien- Spektrums strich die wesentlichen Veränderungen des Hydrodynamismus hervor, welcher die Ablagerungssysteme kontrollierte, während die Veränderungen im Tonmineralienspektrum die unterschiedlichen tektonischen Einflüsse unterstreichen und ein Bild der paläoklimatischen Veränderungen aufzeigen. Die Superfamilie der Rhinocerotoidea aus der Schweiz wurde teilweise revidiert und eine taxinomische, biostratigraphische und paläoökologische Studie dieser Gruppe wird vorgeschlagen. Die Evolutionen der Diversität und der anatomischen Typen heben die Paläoumweltveränderungen hervor, welche durch Geodynamik und/oder globale, regionale oder lokale Paläoklimas gesteuert wurden. Sowohl die ausgeprägte mineralogische Entwicklung, als auch die Evolution der definierten Rhinocerotoidea, scheinen durch tektonische Ereignisse und/oder durch regionale oder globale Klimaveränderungen kontrolliert worden zu sein. Das Mittlerre Eozän wird durch ein Waldmilieu, welches nur zum Teil offen ist und wo sich nur kleine primitive grazile Formen der Rhinocerotoidea weiter entwickeln konnten, charakterisiert. Während dem Späten Eozän wurde in der Schweiz keine einzige Rhinocerotoidea Form beschrieben. Die waldige Umgebung vom Mittleren Eozän schliesst sich und es entwickeln sich warme und feuchte klimatische Bedingungen. Das Ende dieser Periode wird durch die „Grande Coupure“ gekennzeichnet. Der Beginn des Oligozäns fällt mit dem Auftreten der ersten echten Rhinocerotidae und der Öffnung der Waldumgebung zusammen. Das Klima scheint sich zu verschlechtern und zeigt erste Anzeichen von Trockenheit eines mediterranen Klimas an. Die Grenze Rupelian-Chattian wird von einer abkühlenden Tendenz gekennzeichnet. Die Rhinocerotidae des Chattians zeigen noch kaum Voraussetzungen für Brachypodie und Hypsodontie. Das Klima verschlechtert sich zunehmend und wird durch eine klimatische Krise gegen Ende des Chattians gekennzeichnet, wo ein Verschwinden der Palmen und der Taxodiacae zu beobachten ist. Ab dem Beginn des Miozäns bemerkt man eine Erneuerung der Fauna der Rhinocerotidae Familie. Die Umweltbedingungen verbessern sich und eine grosse Auswahl an Biotopen öffnet sich der Entwicklung der Diversität. Das « Proboscidean Datum » kennzeichnet die Grenze zwischen dem Burdigalian und des Langhian. Die Rhinocerotidae Familie wird durch die Ankunft von asiatischen Migranten erneut durcheinander gebracht. Das Klima zeigt klare Anzeichen einer Kontinentalisatierung und Trockenheit, eine Folge der Schliessung der Tethys. Ab der Säugertierzone MN8 und eventuell schon ab MN7 zeichnet sich eine Wiederkehr zu erhöhter Feuchtigkeit ab. Das letzte registrierte stratigraphische Intervall entspricht der Säugerzone MN9, Basis des Späten Miozäns, überein. Die untere Limite wird durch das « Hippotherium Datum », die welches Bering- Migrationsbrücke öffnet, charakterisiert. Einwanderer aus Asien und Afrika erneuern die Gruppe der Rhinocerotidae. Die Umgebung bleibt waldbewachsen, relativ warm und feucht und in Übereinstimmung mit den Umweltveränderungen, welche ab den Zonen MN7/8 festgestellt wurden. Schlussendlich erlaubt diese Studie, durch den strategischen geographischen Standort der Jura Molasse, eine paläogeographische Rekonstitution, welche über das Gebiet des Juras hinaus geht. Die detaillierten Karten illustrieren die paläogeographischepalinspatische Entwicklung des Schweizer Molasse Beckens und des Oberrheingrabens, über elf verschiedene stratigraphische Intervalle hinweg, ab Beginn des Aquitanians bis zum Ende des Pliozäns.
    Summary
    The Jura Molasse, in which most remains of the studied Rhinocerotoidea remains were found, constitutes a well preserved distal part of the Molasse Basin. This sedimentary series covered a major part of the Jura chain during the Oligocene and Miocene. Today, it is only sporadically found trapped in valleys or preserved in karst fillings. During the Oligo-Miocene period, the Jura region was considerably affected by hydrodynamic, tectonic and climatic changes as reflected by the marked variations of the heavy mineral spectra and the composition of the clay mineral assemblages. The litho- and biostratigraphy of all Jura Neogene deposits were revised. Each formation used for the geologic mapping by former authors was listed, organized into a hierarchy and constrained to a biostratigraphical chart. A new lithostratigraphic scheme based on groups is proposed. This scheme allowed, in correlation with the Paleogene data of PICOT (2002), to draw a geologic map of the Tertiary deposits in the Jura synclines. About twenty new Tertiary outcrops are presented in detail. Their sedimentological and paleontological analyses allowed the reconstruction of the various depositional systems and a first paleoecological interpretation. The depositional environments of the Jura USM (Molasse alsacienne, Calcaires delémontiens), the gap of Aquitanian, the transgressive and regressive trends of the OMM, and the evolution of the fluviolacustrine systems of the OSM are illustrated. The Super-family of Rhinocerotoidea in Switzerland has been partially revised in terms of taxonomy. A biostratigraphical and paleoecological interpretation of this group is proposed. Results show that trends in diversity and anatomy types of the different taxa were controlled by paleoenvironmental changes, which, in turn, have been triggered by geodynamic processes from regional to global scale. The recorded mineralogical changes and the evolution of Rhinocerotoidea seem to be controlled by regional or global tectonic and\or climatic events. The Middle Eocene was characterized by a partially open forested environment, where only small and cursorial primitive forms of Rhinocerotoidea evolved. During the Late Eocene, no form of Rhinocerotoidea has been reported in Switzerland. The forests became more dense and the climatic conditions remained warm and wet. The end of this period was marked by the “ Grande Coupure “. The beginning of the Oligocene coincided with the occurrence of the first true Rhinocerotidae and the reopening of the forested environments. The climate seemed to deteriorate and became more arid (Mediterranean climate type). The Rupelian-Chattian boundary was marked by a tendency to cooling. Chattian Rhinocerotidae presented weak, but perceptible predispositions to brachypody and hypsodonty. The climate continued to deteriorate and was marked by a crisis at the terminal Chattian as shown by the abrupt disappearance of palm trees and Taxodiacae. From the base of the Miocene, we notice a renewal in fauna within the Family of Rhinocerotidae. The environmental conditions improved and offered a wide range of biotopes. The “ Proboscidean Datum “ characterizes the Burdigalian and Langhian boundary. The Family of Rhinocerotidae was strongly perturbed by Asian migrants, while again the climate changed in a more continental and arid way due to closure of the Tethys. During the Late Serravalian, a return to humid conditions was observed. The last recorded stratigraphic interval corresponds to the mammal zone MN9, the base of the Late Miocene. Its lower limit is characterized by the “ Hippotherium Datum “, which opened the migratory corridor of the Bering strait. New migrants from Asia and Africa renewed the group of Rhinocerotidae. The environment remained forested. A relatively warm and wet climate, which had started in the Late Serravalian, persisted. Due to the important position of the Jura Molasse as key for the paleogeographic reconstruction, the findings of the present study are of key importance in the Jura frame and beyond. A series of detailed maps illustrates the paleogeographic-palinspatic evolution of the Molasse Basin and of the Upper Rhine Graben according to eleven stratigraphic intervals from the basal Aquitanian up to the terminal Pliocene.