Research paper
Paleohydrologie isotopique de l'Oued el Akarit (sud tunisie) au Pleistocene superieur et a l'Holocene

https://doi.org/10.1016/0031-0182(83)90047-0Get rights and content

Abstract

Previous data from Gobert and Howe, Coque, and Page on the Upper Quaternary deposits from Wadi el Akarit are expanded through radiocarbon and stable isotope measurements (18C and 13C from carbonates, 18O and 34S from sulphates). These new results report on detailed stratigraphic profiles and indicate fluviatile and palustrine environments during the late Pleistocene. Vegetal dams linked to spring activity caused water stagnation. Fine-grained sediments were deposited with appreciable amounts of organic matter which locally developed into some peaty levels. In the upper part of the typical cross-section (located on the left bank about 100-m upstream of the railway bridge), Pleistocene deposits show a palustrine carbonate crust. This formation is attributed to the drainage induced by the major marine regression at glacial maximum.

During the Holocene stagnation periods still occurred, interrupted by flood episodes marked by bottom transport and coarse deposits. In the typical cross-section, deposits are well drained and oxidized. However, downstream a stagnation episode takes place with a rich malacofauna dominated by Cerastoderma (“Cardium”). The uneven distribution of rainfall is documented by the alternation of fine and coarse deposits, and it is accentuated by the climatic evolution toward aridity which results in the formation of a gypsum crust after 4000 yr. BP. Later, exceptional floods removed sediments from the wadi channel, cutting the Upper Quaternary deposits for about 13 m along the central course of the wadi.

Radiocarbon ages on carbonates are discussed according to various possible origins of total dissolved carbon: atmospheric CO2, organic activity in the basins and aquifer supply.

A simple exchange-mixing model between aquifer bicarbonate and atmospheric CO2 is used for calculations of initial carbonate activities. Chemical, isotopic and hydraulic steady states are assumed in this treatment. Present-day 14C and 13C contents of aquifer bicarbonate are thus adopted for past values.

The model leads to acceptable corrected ages for Pleistocene carbonate samples. Corrected ages are younger than apparent ages by a few thousands of years and become consistent with ages given by organic matter from nearby levels. However, Holocene samples appear overcorrected. Their crystallization appears to be controlled by modern organogenic CO2 Holocene 14C ages are probably correct.

18O contents of carbonate indicate a continental origin for environmental water. Nodules and carbonate concretions crystallized in bottom sediments through upward leakage of confined aquifers. They show 18O contents compatible with present-day stable isotope compositions of artesian springs. This supports the concept of a good time constancy in stable isotope contents. Shell carbonate values indicate a variable evaporation rate from the same initial waters.

18O and 34S contents of gypsums are also compatible with aqueous sulphates from springs. The data set falls within the range of Permo-Triassic sulphate and suggests deep hydraulic connections within aquifer systems.

The entire formation appears to be of continental origin. The occurence of “Cardium”-rich basins can only be attributed to the initial salinity of springs waters (7–9 g 1−1), sightly increased by evaporation. This signifies that one can not deduce any tectonic uplift from their location with respect to sea level.

Résumé

L'examen détaillé des dépôts quaternaires supérieurs de l'Oued el Akarit, déjà fort avancé par Gobert et Howe, Coque, et Page, est maintenant complété de 29 datations radiométriques par la méthode du radiocarbone (carbonates chimiques, coquilles, tourbes et ossements), 31 mesures de teneurs en 13C et 18O sur carbonates, 6 mesures de teneur en 34S et 18O sur sulfates (gypse et sulfate aqueux).

L'ensemble des informations replacées sur profils stratigraphiques détaillés montrent un Pléistocène supérieur, fluviatile à palustre, dominé par la rétention des eaux à l'amont des barrages végétaux liés à l'activité de sources. Les tronçons stagnants autorisent le développement de séries à fortes composantes sédimentaires organiques pouvant atteindre le stade de tourbière.

Le Pléistocène est marqué sur la coupe type (rive gauche, 100 m en amont du pont du chemin de fer) par la mise en place d'une croûte carbonatée palustre, probablement liée au drainage actif du système sous l'effet de la grande régression marine déterminée par le maximum d'englacement continental.

L'Holocène voit la reprise des écoulements, tronçonnés par les barrages, avec toutefois des épisodes de crue générateurs de transport de fond et d'épandages grossiers. La série de la coupe type est oxydée et bien drainée tandis que vers l'aval se développe un bassin colonisé par une très dense malacofaune, largement dominée par le genre Cerastoderma (“Cardium”). L'irrégulière distribution des précipitations dont témoigne la sédimentation holocène, va s'accentuer avec l'évolution du climat vers l'aridité et la mise en place d'encroûtement gypseux après 4000 ans BP. Les crues exceptionnelles déblaient alors le chenal de l'oued en entaillant la série quaternaire sur plus de 13 m dans le cours moyen de l'oued.

Les âges radiométriques livrés par les carbonates sont discutés en fonction de plusieurs origines possibles du carbone total dissous: atmosphère, activité organique et nappes souterraines.

Un simple modèle de mélange entre un carbonate provenant des sources et un carbonate en équilibre avec l'atmosphère, est utilisé pour calculer les activités initiales en admettant que les teneurs en 13C et 14C du bicarbonate dissous de la nappe artésienne sont en régime permanent (chimique et hydraulique) et que les valeurs actuelles sont applicables au passé.

Le modèle introduit une correction possible sur les échantillons pléistocènes qui se trouvent rajeunis de quelques milliers d'années et deviennent, dans l'ensemble, cohérents avec les niveaux voisins à matière organique. En revanche, les échantillons holocènes se trouvent surcorrigés par le même modèle et sont considérés comme cristallisés en équilibre avec un CO2 organogène moderne. Les âges holocènes sont donc pris comme représentatifs des âges réels.

Les teneurs en 18O des carbonates confirment l'origine continentale des eaux où s'effectuait la précipitation. Les concrétions carbonatées qui ont cristallisé dans les sédiments de fond sous l'effet des remontées artésiennes montrent des teneurs en 18O compatibles avec celles des sources actuelles, ce qui renforce la conception d'une stabilité des compositions isotopiques au cours du temps. Les échantillons de coquilles montrent l'influence d'une légère évaporation des eaux.

Les teneurs en 18O et 34S des gypses de la série sont compatibles avec celles des sulfates aqueux des sources. L'ensemble présente un cachet permo-triasique qui suggère une communication profonde dans les systèmes aquifères confinés.

L'ensemble de la série est donc continentale et la présence de “Cardium” ne peut être attribuée qu'à la salinité initiale des eaux de source (7–9 g l−1 aux émergences), légèrement augmentée par l'effet de l'évaporation. Aucune argumentation d'exhaussement tectonique par rapport au niveau moyen des mers ne peut évidemment êtretirée de la position d'un repère qui n'est pas marin.

Références (23)

  • J.Ch. Fontes et al.

    Carbone-14, carbone-13 et oxygène-18 dans les sédiments carbonatés du lac Titicaca. Premières estimations des vitesses de sédimentation et essai de paléoclimatologie

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    (1981)
  • Cited by (71)

    • Sedimentary and microfaunal evolution in the Quaternary deposits in El Akarit river mouth (Gulf of Gabes, Tunisia): Paleo-environments and extreme events

      2016, Journal of African Earth Sciences
      Citation Excerpt :

      Both marine and fluvial influence is observed in phase 3, which can be attributed to the sediment transport during floods, which might be concomitant to the storms. Before 3000 yr cal BP, the subaerial paleoenvironment is submitted to the strong erosive action of the wadi Akarit during normal weather conditions, with enhanced erosion activity during major floods (Fontes et al., 1983; Zouari, 1988). The above described “extreme events” cannot be directly related to chronologically well-defined phases of climate deterioration in the south Mediterranean areas, because of the discontinuous features of the studied sediment series AK1.

    • Hydrogeochemical and stable isotope data of groundwater of a multi-aquifer system: Northern Gafsa basin - Central Tunisia

      2016, Journal of African Earth Sciences
      Citation Excerpt :

      These values of local precipitation are much higher than those supposed to be for the LC and UC groundwaters, indicating either a recharge altitude effect and/or a palaeoclimatic impact: recharge under humid and colder climatic conditions than at present day. This hypothesis of ancient recharge agrees with the results of Fontes et al. (1983), Ouda (2000), Yermani et al. (2002); Zouari et al. (2003) and Hamed et al. (2008 and 2010a,b) obtained in south Tunisia, which were interpreted as recharge occurring during the Late Pleistocene and the Early Holocene periods. This period Pleistocene and Holocene that could be responsible for the periodic recharge of old groundwaters in the North Africa.

    • Use of geochemical, isotopic, and age tracer data to develop models of groundwater flow: A case study of Gafsa mining basin-Southern Tunisia

      2014, Journal of African Earth Sciences
      Citation Excerpt :

      Moreover, the fact that the CT groundwater lies well below the meteoric water lines also indicates that the evolution of air masses was different to the present-day with little or no primary evaporation and probably little upcoming from its Atlantic Ocean source region which was isotopically enriched as a result of ice-cap formation (Andreoa et al., 2004). On the other hand, the stable isotope results are also consistent with the those of carbon-14 (ERESS, 1972; Gonfiantini et al., 1974; Fontes et al., 1983; Mamou, 1990; Daoud, 1995; Guendouz and Moulla, 1996; Guendouz et al., 1997; Zouari and Mamou, 1997; Jedoui et al., 2001; Yermani et al., 2002; OSS, 2003; Edmunds et al., 2003; Zouari et al., 2005; Kamel et al., 2006; Hamed et al., 2008, 2012b; Hamed, 2009; Mokadem et al., 2012), which indicate that the main recharge of the C.T in Southern Tunisia and Algeria occurred during the Late Pleistocene and the Early Holocene periods. In North Africa, three major humid phases have been identified: (1) the Early Würm pluvial (MIS 3) “70–40 ka before present”, (2) the Middle Würm pluvial (MIS 3) “32 to about 22 ka before present” and (3) the Late Würm pluvial (MIS 2) “18–11 ka before present” (Zuppi and Sacchi, 2004).

    • The use of hydrochemical and environmental isotopic tracers to understand the functioning of the aquifer system in the Bou Hafna and Haffouz regions, Central Tunisia

      2014, Quaternary International
      Citation Excerpt :

      The first group includes groundwater samples distinguished by relatively high 14C activities, suggesting their recent origin related to the recharge by present day rainfall in the foot of the bordering highland. The second group is composed of groundwater samples characterized by relatively depleted 14C activities, indicating their palaeoclimatic origin in relation with recharge during the humid period of the Holocene and the Late Pleistocene (Fontes et al., 1983; Mamou, 1990; Ouda, 2000; Edmunds et al., 2003; Zouari et al., 2003; Jéribi, 2004; Dassi et al., 2005; Kamel et al., 2005; Kamel, 2007; Hamed et al., 2008). Groundwater hydrodynamic and mechanisms of mineralisation of Haffouz and Bou Hafna aquifers have been investigated using conventional hydrogeological field investigations, major ions, and isotope hydrology data.

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