Variabilité Holocène des poussières atmosphériques et du mercure dans l’hémisphère Sud

Holocene variability of atmospheric dust and mercury in the southern hemisphere

• Auteur / Autrice : Chuxian Li
• Direction : François De Vleeschouwer, Jeroen Sonke
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Surfaces et interfaces continentales, Hydrologie
• Date : Soutenance le 17/09/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Écologie fonctionnelle et environnement (Toulouse ; 2007-2023)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mercure

Holocène

Tempêtes de poussières

Mots clés libres

Vents du sud

Holocène

Poussière

Mercure

Isotopique du mercure

Tourbière

Southern westerly winds

Holocene

Dust

Mercury

Mercury isotope

Peat

Résumé

Les vents de sud-ouest (VSO) de l'hémisphère sud (HS) régularisent les cycles biogéochimiques du carbone de l'océan Austral en augmentant l'absorption du CO2 atmosphérique ou en faisant remonter les éléments nutritifs et le carbone des profondeurs de l'océan. Les changements d'intensité des VSO déterminent si l'océan Austral agit comme un puits ou une source nette de CO2, affectant ainsi la concentration de CO2 atmosphérique et donc le climat. Les VSO régularisent également la trajectoire des poussières dans l’HS et le cycle biogéochimique du mercure, ces deux paramètres pouvant donc être utilisés en retour pour suivre la dynamique des VSO. Or, les variabilités des VSO passées et sur le cycle historique du mercure sont mal connus. L'objectif de cette étude doctorale est d'améliorer la compréhension de la dynamique des VSO et du Hg atmosphérique d’abord dans un contexte de variabilité climatique naturelle puis sur une période affectée par le changement global en HS. Nous avons étudié l'enregistrement de la tourbe de l'île d'Amsterdam (AMS) ainsi que de trois autres tourbières situéesaux latitudes moyennes de l'SH, comme archives à long terme de la poussière atmosphérique et/ou du dépôt de mercure. A la limite nord des VSO et libre de perturbation anthropique, AMS est un site clé pour l'étude de la dynamique des VSO. Nous avons révélé qu’au cours de l'holocène, les dépôts de poussières et de Hg à AMS ont oscillé sur des échelles de temps millénaires. Les signatures isotopiques du Hg, sensibles aux précipitations, indiquent que des épisodes de fortes concentrations de poussières et de Hg correspondent à de faibles précipitations. Nous suggérons que ces événements ont été causés par un transfert polaire du VSO à AMS. Les dépôts de Hg reconstruits montrent également que le quadruplement du Hg anthropique observé dans l’HS depuis 1450 reste inférieur à l'enrichissement dans l'hémisphère nord, multiplié par 16 pendant la même période. Ces contributions scientifiques permettront d’améliorer les modèles climatiques et la politique environnementale internationale dans le cadre de la convention de Minamata sur le Hg.

The Southern westerly winds (SWW) play an important role in regulating Southern Ocean carbon budget by enhancing the absorbance of atmospheric CO2 or resurfacing deep ocean carbon. Changes in SWW intensity are thought to determine whether Southern Ocean acts as a net CO2 sink or source, thereby affecting atmospheric CO2 concentration and then global climate. SWW also affect Southern Hemisphere (SH) dust trajectory and mercury biogeochemical cycling, which in turn can be used to trace SWW dynamics. Less is known about the past SWW variabilities and historical mercury cycle. The aim of this PhD study is to improve our understanding of the SWW trend and mercury deposition in the Holocene at remote SH sites by using geochemical and isotopic proxies in peat archives. We investigated Amsterdam Island (AMS) peat record coupled with three other peatlands in the SH mid latitudes as long-term archives of atmospheric dust and/or mercury deposition. At the northern edge of SWW and free from anthropogenic disturbance, AMS is a key site to study SWW dynamics. We find that during the Holocene, dust and mercury deposition at AMS oscillated on millennial time scales. Mercury isotope signatures, which are sensitive to rainfall inputs, indicate that high dust, high mercury events correspond to low rainfall. We suggest that these events were caused by a poleward shift of the SWW at AMS. The peat mercury records also inform on recent, human perturbation of the natural mercury cycle in the SH. We find however that the 4-fold anthropogenic mercury enrichment we observe in the SH since 1450AD, is smaller than the 16-fold enrichment in the northern hemisphere. These scientific contributions should help improve global climate models and international environmental policy under the Minamata convention on mercury.