Enregistrement isotopique des cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote dans les sédiments du lac Pavin

• Auteur / Autrice : Oanez Lebeau
• Direction : Magali Ader, Vincent Busigny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochime
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pavin, Lac (France)

Sédiments marins

Isotopes

Azote

Carbone -- Isotopes

Diagenèse

Résumé

Durant l'histoire de la Terre, les océans ont subi de nombreuses périodes d'anoxie totale ou partielle. Les causes et conséquences de ces variations redox peuvent être explorées d'après les cycles passés du carbone et de l'azote. Etudier des analogues modernes de ces environnements anciens est essentiel pour interpréter les signaux biogéochimiques enregistrés dans les sédiments et déterminer si les signatures primaires y sont préservées. Le lac Pavin (Massif Central, France) est stratifié en permanence avec des eaux profondes anoxiques et riches en fer, surmontées d'eaux oxiques. Il peut donc être considéré comme un bon analogue des océans stratifiés et ferrugineux. Dans cette thèse, nous avons analysé les compositions isotopiques en carbone (deltal3C) et azote (deltal5N) dans 6 carottes de sédiments du lac Pavin (3 dans la zone oxique et 3 dans la zone anoxique) et dans des pièges à sédiments placés à différentes profondeurs dans la colonne d'eau et échantillonnés régulièrement sur une période de 15 mois. Les deltal5N de la biomasse primaire, couplés aux concentrations et deltal5N de l'azote dissous (nitrate et ammonium), suggèrent que l'azote organique dérive essentiellement d'une assimilation de N2 dans les eaux de surface, tandis que les deltal3C montrent une distribution bimodale causée par un changement saisonnier de la composition du CO2 dissous. Les effets diagénétiques sur les concentrations et compositions isotopiques en C et N ont été quantifiés lors la chute des particules dans la colonne d'eau, à l'interface eau-sédiment et dans la colonne sédimentaire. La diagénèse induit dans tous les cas une baisse des concentrations en C et N ainsi qu'une augmentation du rapport C/N, avec un effet plus prononcé en milieu oxique qu'en milieu anoxique. Les deltal3C et deltal5N sont globalement bien préservés dans la zone anoxique, alors qu'ils sont largement modifiés dans la zone oxique. Des variations potentielles liées à l'eutrophisation et/ou une contribution de matériel détritique sont également discutées.

Over geological timescale, the Earth's oceans were affected by several periods of total or partial anoxia. Causes and consequences of the ocean oxygenation can potentially be better understood from past C and N cycles. Studies on modern analogues are essential for interpreting the biogeochemical signal recorded in ancient sediments and to determine if the primary C and N isotope signatures are preserved or modified in this type of environment. Lake Pavin (Massif Central, France) is permanently stratified with anoxic Fe-rich deep waters overlain by oxic shallow waters, and can be regarded as an analogue for the oceans during periods of redox stratification with ferruginous deep waters. In the present work, we determined the C and N isotope compositions of 6 sediment cores in Lake Pavin (3 in the oxic zone and 3 in the anoxic zone), and of sediment traps set up at different depths in the water column and collected regularly over 15 months. δ¹⁵ values of primary biomass, coupled with concentrations and δ¹⁵ N of dissolved nitrogen (nitrate and ammonium), suggest that organic nitrogen derives mainly from N2-fixation in surface waters. δ¹³ C values show a bimodal distribution, reflecting seasonal changes in dissolved CO2 isotope composition. Diagenetic modifications of C and N concentrations and isotope compositions have been evaluated for particles sinking in the water column, water-sediment interface, and in the sedimentary pile. In all cases, diagenesis induces a decrease in C and N concentrations and an increase in C/N ratio, with larger modifications under oxic than anoxic conditions. The δ¹³ C and δ¹⁵ N values are well preserved in the anoxic zone, but are strongly modified in the oxic zone. Potential variations related to eutrophisation and/or a contribution of detrital materials are also presented.