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PREAMBULE
Contexte de l’étude
Les deux premiers chapitres de ce travail de thèse montrent que la notion de saisonnalité est très importante dans la compréhension de la distribution et des variations du δ30Si de l’eau de mer et des particules siliceuses. Or jusqu’à présent, aucune étude ne s’est concentrée sur un suivi annuel complet de l’évolution de la composition isotopique de la BSi et encore moins du DSi. Les deux campagnes océanographiques impliquées dans le programme KEOPS n’ont permis d’échantillonner que deux phases du développement phytoplanctonique (l’initiation de l’efflorescence au printemps – KEOPS-2 – et le déclin du bloom à la fin de l’été – KEOPS-1). La production de nouveaux jeux de données issues de séries temporelles à haute fréquence, tels que présentés dans ce chapitre, permet de s’intéresser plus particulièrement à cette notion de saisonnalité des variations de la composition isotopique du réservoir particulaire de silicium, ainsi qu’au transfert de ce signal depuis la surface vers l’océan profond. En effet, à ce jour une seule étude incluant uniquement 18 points issus de pièges à particules placés dans la Zone Antarctique de l’Océan Austral s’est intéressée à cette notion de transfert du δ30Si dans la colonne d’eau (Fig. 3.1. ; Varela et al., 2004).
Figure 3.1. L’unique enregistrement actuel de l’évolution saisonnière de la composition isotopique (δ30Si-bSiO2) et du flux de BSi (bSiO2 flux) mesuré par Varela et al. (2004) dans des pièges à particules de la Zone Antarctique lors du programme AESOPS.
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Les résultats discutés dans ce chapitre représentent donc le plus grand jeu de données issues de pièges à particules actuellement produit et nous permettent de confirmer que le signal isotopique de surface est bien conservé tout au long de la sédimentation des particules vers le fond. En étudiant les variations du δ30Si du flux de ces particules nous avons apporté des informations qualitatives et/ou quantitatives concernant la consommation d’acide silicique par les organismes siliceux dans les eaux de surface des différentes régions de l’Océan Austral ainsi que sur l’apport de DSi dans la couche de mélange (ML) lors d’évènements de mélange vertical de la colonne d’eau. De plus, la comparaison des signatures isotopiques du flux de particules à différentes profondeurs nous donne également accès à des informations complémentaires telles que l’estimation de la vitesse de sédimentation des particules siliceuses et de ses variations saisonnières, paramètres particulièrement délicats à mesurer in-situ.
Résumé
L’Océan Austral joue un rôle important dans le contrôle des niveaux de CO2 atmosphérique. Le transfert biologique du carbone dans l’océan interne est couplé à la disponibilité en silicium dissous (DSi) dans la couche de mélange (ML), qui forme un substrat minéral permettant aux diatomées de dominer la production primaire. Dans cet océan, les variations du cycle du silicium sont nombreuses mais ne sont pas encore totalement comprises. Dans cette étude, Nous utilisons les mesures de δ30Si pour retracer les flux de silice vers l’océan profond dans les 3 zones majeures de l’Océan Austral (La Zone Antarctique, AZ ; la Zone du Front Polaire, PFZ et la Zone Sub-Antactique, SAZ). Les variations du flux de silice biogénique exportée (BSi) ainsi que celles de sa composition isotopique révèlent un éventail de notions importantes telles que :
i) Les taux de sédimentation de la BSi peuvent être supérieurs à 200 m j-1 en été dans l’AZ. Ils diminuent vers de très faibles valeurs en hiver, permettant ainsi aux particules de se maintenir dans la colonne d’eau jusqu’au printemps suivant.
ii) Des mélanges verticaux occasionnels affectent le δ30Si de la BSi exportée à la fois dans la SAZ et dans l’AZ, mais la relation entre la consommation de DSi, les flux de BSi et leur composition isotopique restent raisonnablement bien décrits par un mélange entre les modèles ouvert et fermé.
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Ces résultats, ainsi que les suivis des flux de BSi et de leur composition isotopique apportent de nouveaux éléments pour l’application des modèles biogéochimiques se concentrant sur le contrôle saisonnier de la production et de l’export de BSi, de leurs variations au cours du temps, et sur la façon dont ces signaux sont actuellement archivés dans les sédiments.
Ce chapitre a été soumis dans Global Biogeochemical Cycles et est en cours de révision :
Closset I., D. Cardinal, S. Bray, F. Thil, I. Djouraev, A. Rigual-Hernandez, T. Trull (2015), Seasonal variations,
origin and fate of settling diatoms in the Southern Ocean tracked by silicon isotope records in deep sediments traps, in prep. for Global Biogeochemical cycles.
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TABLE OF CONTENTS
Abstract
III.1 Introduction
III.2. Material and Methods
III.2.1. Sample collection and processingIII.2.2. Digestion and BSi analyses
III.2.3. Purification
III.2.4. Isotopic measurements
III.2.5. Isotopic fractionation models describing nutrient consumption
III.3. Results and Discussion
III.3.1. Latitudinal and seasonal variability of exported fluxes along 140°W
III.3.2. Biogeochemical dynamics of Si in regions dominated by diatoms south of the SAF
a) Seasonal variations of Si isotopic composition of sinking diatoms b) Settling rates
c) Mass and isotopic balance of BSi
III.3.3. Biogeochemical dynamics of Si in the SAZ
a) Variations of Si isotopic composition of sinking diatoms b) Mass and isotopic balance of BSi
III.3.4. Implication for interpretation of sedimentary records
III.4. Conclusions
Acknowledgements
III.5. References
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141 141 142 142 144145
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165
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