Paleoecology is the study of the history of an ecosystem using sedimentary records. Analyses of the mineralogical, chemical, isotopic and biological composition of the sediment can provide clues on the past environmental conditions of a particular ecosystem. The topic is of particular importance today since many lakes, river deltas or marshlands are subjected to increasing anthropogenic influence related to population growth and a parallel increase in agricultural and industrial activity. In many cases, these ecosystems are of important social, ecological, and economic value to the population living within the watershed of this precious water resource. Wetlands in arid climates represent unique ecosystems and are of major importance for an often specialized flora and fauna. They represent a life- supporting water source in an otherwise inhospitable environment. These environments are, however, particularly fragile ecosystems as they respond sensitively to any climatic or environmental changes.
The present study focuses on the regions of the Caprivi in Namibia and of northern Botswana. These regions hold the second largest endorheic delta system in the world. This specific landscape is the result of an active tectonic activity related to the East African Rift system and accommodating differential movements between different plates and rigid cratons. It results in a deformation zone called Okavango Graben that presents normal faults all along these two regions. These normal faults affect and control the course of the Okavango, Kwando and Zambezi Rivers and form a complex system of rivers and waterbodies. A minor change in tectonism and faulting can influence the morphology and hence the drainage pattern of the entire system. The Okavango Delta has been described through numerous studies already. In contrast, the region of the Linyanti-Chobe Basin with Lake Liambezi in its middle remains poorly studied or understood. Moreover, studies on the Quaternary climate evolution in northern Namibia and Botswana demonstrated the difficulty to find or target paleo-environmental archives with well-dated proxies and results might show inconsistencies or even contradictions. Therefore, the choice was made to focus on this extraordinary region, showing a high complexity of connection between the different rivers and waterbodies.
Lake Liambezi has been investigated through a number of sediment cores using a multidisciplinary approach including mineralogy, geochemistry, organic matter composition and a novel use of bacterial DNA populations. A climatic and environmental evolution of the lake and its surroundings is proposed for the last 5400 years BP. This highlighted an alternation of relatively dry and wet periods, and changes in the hydrological lake regime. However, major evolutions and changes in shape and environmental settings of the lake can also be related to the tectonic activity linked to the Okavango Graben. This was supported by the marked presence of thermophilic bacteria. A first sediment record is estimated at about 5420 years BP and is described as the tectonic opening of Lake Liambezi’s north basin. An extension of this basin was likely developed at around 1650 years BP. The second basin of the lake was probably created during the last known tectonic event dated at around 1000 years BP. Successively, the resulting depressions are filled with lacustrine and fluvio-deltaic sediments. The watershed, the climate and the morphology of the site define the environmental conditions of the lake and therefore control the sediment types and content.
To target paleo-environmental archives with well-dated proxies is challenging, certainly in tectonically active continental systems. The present work demonstrates the relevance of using a multidisciplinary approach in such complex systems. The integrated approach of using multidisciplinary methods does allow for an elaboration of a coherent age model for Lake Liambezi with a coherent environmental and climatic evolution. This approach also demonstrated the potential of using bacterial DNA (total and/or lysis-resistant) to identify changes and variability in the environmental conditions of such an environment. The multidisciplinary approach including characterization of bacterial DNA populations might therefore be developed for future projects in diverse types of environments.
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La paléoécologie est l'étude de l'histoire d'un écosystème à l'aide d’enregistrements sédimentaires. L’étude des conditions environnementales passées d'un écosystème particulier se fait grâce à l’analyse de la composition minéralogique, chimique, isotopique et biologique de ses sédiments. Le sujet revêt aujourd'hui une importance particulière avec un impact grandissant de l’influence anthropique liée à la croissance démographique et à l’augmentation parallèle de l'activité agricole et industrielle subie par de nombreux lacs, deltas ou marais. En plus de représenter une précieuse ressource en eau, ces écosystèmes se révèlent également être importants pour le tissu social, écologique et économique des populations présentes au sein du bassin versant. Les milieux humides en climat aride représentent un type d’écosystème particulier d’importance majeure pour une flore et une faune souvent spécialisées dont la présence d’eau dans ce milieu inhospitalier représente une source vitale. Cependant, ces milieux représentent des écosystèmes particulièrement fragiles car ils réagissent de manière sensible à tout changement climatique ou environnemental.
L’étude présente se concentre sur les régions de Caprivi, en Namibie ainsi que du nord Botswana. Ces régions contiennent le deuxième plus grand delta endoréique du monde. La spécificité de ce paysage est le résultat d’une activité tectonique active liée au rift est-africain et de l’accommodation de cette dernière avec les mouvements différentiels entre plaques tectoniques et cratons rigides. Il en résulte une zone de déformation appelée Okavango Graben qui se traduit par la présence de failles normales sur toute la surface de ces deux régions. Ce réseau de failles affecte et contrôle le cours des rivières Okavango, Kwando et Zambèze. Il en résulte un réseau complexe de chenaux et de plans d’eau. Un mouvement de faille liée à l’activité tectonique de la région, même mineur, peut démontrer une redistribution complète du réseau de rivières suite à l’impact géomorphologique. De nombreuses études se sont concentrées sur le delta de l’Okavango. En revanche, le bassin de Linyanti-Chobe ainsi que le lac Liambezi situé en son centre n’ont été que peu étudiés et de nombreux sujets restent à découvrir. De plus, les études sur le climat du Quaternaire dans les régions du nord de la Namibie et du Botswana ont démontré la difficulté d’obtenir des archives paléo-environnementales contenant un matériel permettant une datation fiable et précise. Les résultats obtenus présentent parfois des incohérences, voire même des contradictions. Le choix s’est donc porté sur cette région d’une richesse naturelle exceptionnelle, montrant une grande complexité de connexion entre les rivières et les différents plans d’eau.
Le lac Liambezi a été étudié à l’aide de carottes de sédiments en utilisant une approche multidisciplinaire incluant la minéralogie, la géochimie, la composition de la matière organique ainsi qu’une méthode novatrice visant à l’utilisation de l’ADN de populations de bactéries. Une reconstruction de l’évolution climatique et environnementale pour la région du lac Liambezi comprenant les derniers 5400 ans AP est proposée. Il en résulte la description de l’alternance de périodes relativement sèches et humides ainsi que l’observation de changements dans le régime hydrologique du lac Liambezi. Toutefois, les modifications majeures au sein du lac, tel que l’évolution de sa forme ainsi que l’évolution de ses conditions environnementales, semblent être reliées à l’activité tectonique liée au graben de l’Okavango. La présence importante de bactéries thermophiles soutient cette hypothèse. Une première datation estimée à 5420 ans AP semble démontrer l’ouverture tectonique du bassin nord du lac Liambezi. L’extension de ce premier bassin intervient probablement aux alentours de 1650 ans AP. Le bassin sud se forme lors du dernier événement tectonique enregistré, daté à environ 1000 ans AP. Les dépressions ainsi formées se remplissent dès lors de sédiments de types lacustres et fluvio-deltaïques. Le type de sédiment est contrôlé par les conditions environnementales qui découlent du bassin versant, du climat et de la géomorphologie du site.
Les matériaux permettant une datation précise au sein d’archives paléo-environnementales de milieux continentaux avec une activité tectonique sont difficiles à cibler. Le travail présent démontre la pertinence d’une approche multidisciplinaire dans un milieu aussi complexe. L’utilisation intégrée des diverses méthodes a permis la construction d’un modèle d’âge cohérent pour les sédiments du lac Liambezi ainsi qu’une reconstruction paléo-environnementale et paléo-climatique pertinentes. Cette approche a permis en outre de démontrer le potentiel indéniable de l’utilisation d’ADN de bactérie (populations totales et/ou sporulantes) pour identifier les changements et la variabilité des conditions environnementales d'un tel milieu. Une telle approche, y incluant l’utilisation d’ADN de bactérie est tout-à-fait pertinente pour une utilisation à plus large spectre d’environnements.