Réponse biogéochimique des coccolithes du Pléistocène aux variations de pCO2

Biogeochemical response of coccoliths from the Pleistocene to the variations of pCO2

• Auteur / Autrice : Camille Godbillot
• Direction : Fabrice Minoletti, Michaël Hermoso
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biogéoscience
• Date : Soutenance le 07/04/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre de Paris (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Damien Cardinal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Clara Bolton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Beaufort, Stéphanie Duchamp-Alphonse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paléoclimatologie

Cycle des éléments minéraux (biogéochimie)

Dioxyde de carbone

Coccolithes

Mots clés libres

Coccolithes

Proxies de pCO2

Cycles glaciaires-interglaciaires

Terminaison II

Transition mi-Pléistocène

Biogéochimie

Coccolithes

PCO2 proxies

Glacial-interglacial cycles

Résumé

Des résultats croisés d’études biogéochimiques de cultures in vivo et de modélisations cellulaires ont mis en évidence un lien entre le fractionnement biologique des coccolithes et la concentration en CO2 du milieu de vie de leurs producteurs, les coccolithophoridés. Ces résultats ont ouvert la voie à l’utilisation des effets vitaux des coccolithes comme proxy du CO2 dans le milieu. Toutefois, des biais affectent l’application des calibrations empiriques de culture à des populations naturelles de coccolithes. Ainsi, ce travail cherche à formaliser la fonction de transfert entre les effets vitaux et les [CO2aq] en milieu naturel, qui puisse être appliquée pour reconstruire les pCO2 passées. Nous utilisons pour cela les enregistrements provenant des carottes de glace antarctiques pour quantifier le forçage de la pCO2 sur l’intensité des effets vitaux des coccolithes. Nous mettons notamment en évidence, et discutons, un contrôle des concentrations en CO2 sur la différence isotopique (Δδ18O, Δδ13C) entre coccolithes de différentes tailles produits pendant la pénultième terminaison glaciaire (130-140 ka). Dans un deuxième volet de la thèse, nous appliquons cette fonction de transfert à des coccolithes datant de la transition mi-Pléistocène (800-1250 ka), une période clé de changement climatique, pour laquelle les pCO2 ne sont pas documentées. Nous obtenons un enregistrement de pCO2 avec des amplitudes et des variations cohérentes couvrant l’intégralité de la transition, ce qui accrédite la calibration proposée. Nos travaux permettent d’étayer l’hypothèse d’une sensibilité accrue des calottes glaciaires au forçage radiatif par le CO2 depuis la MPT.

Results from both in vivo cultures and cell modelling biogeochemical studies have demonstrated a link between the biological fractionation of coccoliths and the CO2 concentration of the living environment of their producers, the coccolithophores. These results have encouraged the use of coccolith vital effects as proxies for the levels of CO2 in the medium. However, a number of biases hinder the application of the empirical calibrations from culture experiments to natural coccolith populations. This work aims at formalizing the transfer function linking the vital effects to the [CO2aq] in natural environments, to be used for the reconstruction of past pCO2. To this end, we use the records from Antarctic ice cores to quantify the forcing of pCO2 on the magnitude of the coccoliths’ vital effects. We evidence, and discuss, a control of CO2 concentrations on the isotopic difference (Δδ18O, Δδ13C) between coccoliths of different sizes produced during the penultimate glacial termination (130-140 ka). The second part of this thesis is dedicated to applying the transfer function to coccoliths from the Mid-Pleistocene Transition (800-1250 ka), a key period of climate change for which pCO2 variations are not documented. The pCO2 record we obtain, which covers the entire transition, exhibits self-consistent amplitudes and variations, thus giving credit to the calibration we present. Our record supports the hypothesis of an increased sensitivity of ice sheets to the radiative forcing of CO2 since the MPT.