Paleolimnology of Lake Manitoba: the Lithostratigraphic Evidence Paléolimnologie du lac Manitoba ; les témoins lithostratigraphiques Paleolimnología del Lake Manitoba basada en datos litoestratigráficos

Abstract

Lake Manitoba, the largest lake in the prairie region of North America, is one of the most intensively studied lacustrine basins in western Canada. New AMS ¹⁴C dating, together with mineralogical, geochemical, and lithostratigraphic analyses of the 14-m-thick, offshore sediment sequence, document a complex Holocene history in which water levels and limnological conditions were controlled by the interplay of changing climate, variable river and groundwater inflow, and differential isostatic rebound. Varves, ice-rafted debris, and clast-rich laminated sediment record deposition in the lake when the basin was part of proglacial Lake Agassiz. As Agassiz retreated northward, Lake Manitoba became isolated by about 8500 ¹⁴C yrs BP, and for the next 800 years was characterized by mainly shallow water to dry conditions. Deeper and more stable water conditions returned to the Lake Manitoba basin by 7700 ¹⁴C yrs BP probably due to the damming effect of differential isostatic rebound and decreasing aridity. For the next 3000 years, relatively stable lake levels and water compositions were maintained, reflecting a delicate balance between differential isostatic rebound, climate, inflow of the Assiniboine River, and groundwater contribution. At ~4500 ¹⁴C yrs BP the Assiniboine River was rerouted to its present easterly path, by-passing Lake Manitoba, and resulting in loss of a significant component of the lake’s hydrologic budget. Water levels dropped and the offshore sediments were once again subaerially exposed. By 3700 ¹⁴C yrs BP, a cooler and wetter climate, together with continued southward transgression of water, compensated for the loss of fluvial input, resulting in reflooding of the basin. By about 2000 years ago the lake had evolved from a shallow, saline, and alkaline pool to its present depth and extent.

Résumé

Le lac Manitoba, le plus grand lac des Grandes Plaines de l’Amérique du Nord, est l’un des bassins lacustres le plus intensément étudiés de l’Ouest du Canada. De nouvelles dates ¹⁴C SMA, ainsi que des analyses minéralogiques, géochimiques et lithostratigraphiques de la séquence sédimentaire de 24 m d’épaisseur au large du rivage témoignent d’une évolution complexe du lac, à l’Holocène. Au cours de cette période, les niveaux lacustres et les conditions limnologiques ont été influencés par les effets combinés des changements climatiques, de la variation des apports d’eaux lacustre et souterraine et d’un relèvement isostatique différentiel. Les varves, les débris glaciels et les sédiments en lamines riches en éléments détritiques ont constitué l’apport sédimentaire au lac lorsque le bassin faisait partie du Lac glaciaire Agassiz. Après la vidange du lac glaciaire vers le nord, le lac Manitoba a été isolé vers 8500 BP ; pendant les 800 années suivantes, le lac était caractérisé par des eaux peu profondes et un climat sec. Des eaux plus profondes et plus stables ont caractérisé le lac vers 7700 BP, probablement en raison de l’endiguement qu’a entraîné le relèvement isostatique différentiel et une moins grande aridité. Pendant les 3000 années qui ont suivi, le niveau lacustre et la composition de l’eau sont demeurés relativement stables, reflétant ainsi le délicat équilibre entre le relèvement isostatique différentiel, le climat, la venue d’eau de la rivière Assiniboine et l’apport d’eau souterraine. Vers 4500 BP, la rivière Assiniboine a été redirigée vers l’est dans son cours actuel, évitant ainsi le lac Manitoba et réduisant grandement son apport sédimentaire au lac. Le niveau lacustre s’est alors abaissé et les sédiments au large du rivage ont de nouveau été mis à découvert. En 3700 BP, un climat plus frais et plus humide et une transgression lacustre continue ont compensé la perte d’arrivée d’eau et provoqué la submersion du bassin. Il y a environ 2000 BP, le lac est passé d’une mare peu profonde, salée et alcaline au lac profond et étendu actuel.

Resumen

El Lake Manitoba, el mayor de los situados en las praderas de Norteamérica, es uno de los sistemas lacustres canadienses de los más estudiados. Datos recientes de datación con ¹⁴C unidos a análisis mineralógicos, geoquímicos y litoestratigráficos de una secuencia sedimentaria de 24 m de grosor a lo largo de la ribera dan cuenta de una historia compleja durante el Holoceno. Durante este periodo el nivel de agua y las condiciones limnológicas fueron controladas por un el efecto conjunto de cambios climáticos, flujo variable de la corriente y del agua del subsuelo además de un elevamiento diferencial isoestático. El conjunto de varvas, restos de hielo de sobreescurrimiento y los numerosos clastos laminares evidencian el momento en que la cuenca formaba parte del Lake proglaciar Agassiz. La datación con ¹⁴C sitúa hace unos 8500 años el retiro del Lake Agassiz hacia el norte y la separación del Lake Manitoba. Durante los siguientes 800 años este ultimo sufrió una disminución del nivel de agua hacia condiciones de sequía. Posteriormente, hace unos 7700 años (¹⁴C) la cuenca lacustre del Manitoba recobró niveles mas profundos y estables, probablemente debido a un efecto de contención del agua causado por un elevamiento diferencial isostático y a una aridez decreciente. Durante los siguientes 3000 años, se mantuvieron una composición y un nivel del agua relativamente estables reflejando un balance frágil entre la elevación diferencial isostática, el clima, el aporte del cauce del Assiniboine River y del agua subterránea. Hace aproximadamente unos 4500 años (¹⁴C) el Assiniboine River cambio su curso adoptando el patrón actual desplazado hacia el este, desviándose del Lake Manitoba y resultando en una pérdida de un componente importante del suministro hídrico del lago. El nivel de agua disminuyó y los sedimentos a lo largo de la ribera fueron nuevamente expuestos. La datación de radiocarbono correspondiente a hace unos 3700 años, revela un régimen climático mas frío, unido a la transgresión continua del agua en dirección sur que compensó la pérdida del aporte fluvial, y que llevó a una nueva inundación de la cuenca. Finalmente hace unos 2000 años el lago pasó de ser una charca salina y alcalina hasta adoptar su tamaño y profundidad actuales.