Quantification de l'acidification de l'océan par l'analyse géochimique des coraux profonds

Reconstructing ocean acidificationfron deep-sea coral geochemistry

• Auteur / Autrice : Cécile Gonzalez
• Direction : Anne Juillet Leclerc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 30/01/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....) - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette]
• Jury : Président / Présidente : Christophe Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Juillet Leclerc, Christophe Colin, Claire Rollion-Bard, Jean-Pierre Gattuso, Eric Douville, Jérôme Gaillardet, Paolo Montagna
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Rollion-Bard, Jean-Pierre Gattuso

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz à effet de serre

Écologie des récifs

Changements climatiques

Mots clés libres

Acidification de l’océan

PH

Isotopes du bore

MC-ICPMS Neptune

Effet vital

Coraux profonds

Dernier Maximum Glaciaire

Néoprotérozoïque

Ocean acidification

Boron isotopes

MC-ICPMS Neptune

Vital effect

Cold-water corals

Last Glacial Maximum

Neoproterozoic

Résumé

L’acidification des océans provoquée par l’absorption du CO2 atmosphérique par l’eau de merest devenue une préoccupation écologique majeure et menace déjà les organismes calcifiants. Suiteà la révolution industrielle, le pH de l’océan de surface a diminué de 0,1 unité-pH. En revanche, celuides eaux profondes reste peu documenté. Les isotopes du bore (11B) dans les carbonatesbiogéniques se sont révélés être un puissant outil géochimique pour la reconstitution du pH, mais n’apas encore été appliqué aux coraux profonds. Un travail analytique sur MC-ICPMS Neptune et uneanalyse géochimique de ces coraux ont été effectués afin de reconstituer et quantifier l’acidificationdes océans. De même, la valeur 11B de l’eau de mer utilisée pour calculer les paléo-pH a étérevisitée et l’homogénéité des océans vérifiée.L’analyse de deux colonies modernes de Lophelia pertusa et Madrepora oculata a permis dequantifier un taux d’acidification pendant la fin du XXème siècle pour les eaux de sub-surface en mer deNorvège et cela après établissement d’une calibration expérimentale à partir de coraux de culture.L’analyse géochimique des coraux profonds a mis en évidence un effet vital lié à la physiologie quidoit être considéré pour quantifier avec précision la variabilité du pH. Celui-ci peut être en partiecorrigé par une analyse statistique des isotopes stables B, C et O. Cette étude a aussi révélél’influence de l’hydrodynamique régionale. Enfin les variations naturelles du pH pendant l’Holocène etle Dernier Maximum Glaciaire sur des coraux profonds fossiles méditerranéens ont été établies etcelles pendant l’aube de l’explosion de la diversité biologique.

Ocean acidification is caused by the absorption of rising atmospheric CO2 by seawater andrepresents a major environmental issue. Since the beginning of the industrial era, seawater pH hasdecreased by 0.1 pH units and is already threatening calcifying organisms. Boron isotopes (11B) haveproved to be a powerful geochemical tool for the reconstruction of pH variations, but has not yet beenapplied to deep-sea corals (DSC). Accurate and precise measurements of boron isotopes in coralsand seawaters were performed in order to measure small pH variations.The technique of pH reconstruction based on boron isotopes (pH-11B) was used on two specimens of the DSC Madrepora oculata and Lophelia pertusa collected alive in the Norwegian Sea and spanning an age of 40 (3) and 67 (3) years, respectively. Acidification rates were calculated by applying a new pH-11B calibration obtained from the geochemical analysis M. oculata and L. pertusa samples cultured under different pCO2 conditions. The contribution of a biological-related vital effect on d11B was observed at macrometer scale, and a correction was finally suggested based on oxygen and carbon isotopes. Overall, the coral δ 11B-based reconstructions show a pH decrease in the Norwegian Sea since the 1940s, which seems to be related to the local hydrodynamics. The pH-11B technique was also applied to fossil DSC fragments from two “on-mound sediment cores” retrieved in the Siculo-Tunisian Strait with the aim to reconstruct the pH during the Last Glacial Maximum and the Holocene periods. Finally, well-preserved limestone samples from the stratigraphic sequence Nama (551-543 Ma) in Namibia were investigated for 11B to study the pH variations at the beginning of the Cambrian evolutive radiation.