LES PARTICULES CONTINENTALES INFLUENCENT LA COMPOSITION DES EAUX OCEANIQUES PROFONDES

Janvier 2017 - Une équipe de chercheurs du LEGOS et du GET (Observatoire Midi-Pyrénées) a pu réaliser pour la première fois la mesure des signatures isotopiques du fer le long d'une section nord-sud à travers l'océan Austral. Ces analyses indiquent que la dissolution de matière d'origine continentale domine les sources de cet élément au fond de cet océan. Ces résultats nous permettent de mieux comprendre le cycle des éléments dans l'océan et leur rôle sur le climat.

Le fer est un élément nutritif indispensable à la croissance du phytoplancton marin qui consomme le CO2 de l'atmosphère. On estime que la production primaire océanique est limitée dans environ la moitié de l'océan par la trop faible abondance de cet élément dissous dans l’eau de mer ; les algues y sont en quelque sorte anémiques. Cet élément joue donc un rôle clé sur le cycle du carbone et le climat. Cependant, les sources et les processus qui régissent son cycle géochimique dans l'océan sont encore mal connus.

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Fig 1: Campagne océanographique Bonus-GoodHope réalisée lors de l’été austral 2008 en collaboration notamment avec le Laboratoire des Sciences de l'Environnement Marin, le Laboratoire de Physique des Océans, (aujourd’hui Laboratoire de Physique Océanique et Spatiale), l'Institut Polaire Français et la Division Technique de l'INSU. A Gauche : Navire de recherche Le Marion Dufresne, Institut Polaire Français (Copyright M. Aubert, Institut Polaire Français). A Droite : Positions des stations échantillonnées pour les isotopes du fer.

Au cours de la campagne océanographique Bonus-GoodHope, des échantillons ont été prélevés afin de mesurer leur concentration et composition isotopique de fer dissous. Les résultats sont surprenants.

Les concentrations de fer augmentent de manière régulière avec la profondeur, de manière tout à fait typique pour un élément nutritif (FIGURE 2). Il est largement admis que cela s'explique principalement par la dégradation (on parle de reminéralisation) de la matière organique particulaire à mesure qu'elle coule de la surface vers le fond. Jusque-là rien d'étonnant…

En revanche, aux 5 stations de mesure, les isotopes du fer présentent un minimum très net aux profondeurs dites intermédiaires, soit entre environ 200 et 1500 m sous la surface (figure 2). Le contraste entre ces profondeurs intermédiaires et l'océan profond (de 3000 à 5000 m) témoigne que deux processus différents dominent les sources de fer dissous dans l’océan à ces deux niveaux. S'il apparaît que la reminéralisation de la matière organique est effectivement à l'origine des signatures isotopiques légères observées aux niveaux intermédiaires, les chercheurs suggèrent désormais que le processus qui domine dans ces eaux profondes est la dissolution des particules issues de l'érosion continentale. Les compositions isotopiques des eaux profondes (enrichies en isotopes lourds comparées aux eaux intermédiaires) correspondent en effet très bien à la composition isotopique de la croûte continentale, ou encore à celles d'eaux côtières connues pour être enrichies en fer par la dissolution des particules issues de l'érosion continentale.

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Fig 2. A gauche: Exemple de profils de concentration ([DFe]) et de composition isotopique (d56DFe) obtenus à l'une des 5 stations (les 5 profils ont des allures similaires). A droite: Composition isotopique du fer dissous dans l'eau de mer (exprimés par la variable d56DFe) le long de la section Bonus-GoodHope. Plus les valeurs de d56DFe sont négatives, plus le fer est enrichi (naturellement) en isotopes légers. À l'inverse, plus les valeurs sont élevées plus le fer est enrichi en isotopes lourds.

Cette découverte a des implications au-delà du cycle géochimique du fer puisque ces dissolutions affectent vraisemblablement les cycles d'autres éléments chimiques, et notamment d'autres éléments nutritifs. Inclure dans les modèles d’océan ces processus de dissolution de particules continentales permettra de mieux représenter les cycles des éléments nutritifs et, par conséquent, l'activité de la pompe biologique de CO2 et le climat.

Référence bibliographique :

Abadie C., Lacan F., Radic A., Pradoux C., Poitrasson F. Iron isotopes reveal distinct dissolved iron sources and pathways in the intermediate versus deep Southern Ocean.Proceedings of the National Academy of Sciences,doi/10.1073/pnas.1603107114.

Contact :

 François Lacan, LEGOS, francois.lacan@legos.obs-mip.fr

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