Present and past biogeochemical functioning of the benthic ecosystem of the West Gironde Mud Patch (Bay of Biscay) : remineralization, recycling and burial processes of C and associated elements (O2, N, Mn, Fe, P, S)
Fonctionnement biogéochimique actuel et passé de l'écosystème benthique de la Vasière Ouest Gironde (golfe de Gascogne) : processus de reminéralisation, recyclage et stockage du C et des éléments associés (O2, N, Mn, Fe, P, S)
Résumé
In order to improve the understanding of the biogeochemical functioning of River-dominated Ocean Margins (RiOMars), the West Gironde Mud Patch (WGMP) was used as a model of a temperate non-deltaic system subjected to a high hydrodynamics. Measurements and sampling, carried out during eight cruises in different seasons between 2016 and 2021, allowed to characterize its biogeochemical functioning from seasonal to multi-century scales. Results showed that in the proximal area (i.e., < 42.5 m), the high hydrodynamics results in a sediment instability with a surface layer of transient sandy muds (< 10 cm) overlying relic muddy sediments. This induces a digenetic regime divided into two layers, a modern and a relic, having distinct biogeochemical functioning. In the superficial modern layer, organic matter is remineralized through aerobic respiration and suboxic degradation processes. Conversely, sulfate reduction is the main remineralization process occurring in relic deposits. Moreover, measurements of several particulate and dissolved compounds highlighted that the cycles of iron and sulfur differ between relic sediments and the rest of the WGMP. In the distal area, where a more continuous sedimentation occurs, the diagenetic sequence gradually expands seaward, likely due a decrease in organic matter lability and an increase in bioturbation. Seasonal measurements highlighted that aerobic respiration rates vary in response to seasonal events such as the spring blooms and bottom water deoxygenation. On a multi-decennial scale, more than half of the organic carbon deposited in the distal area is buried in sediments with a maximum burial rate of 45 gC m-2 y-1. The organic carbon load of the sediments shows that, this burial is less efficient on a multi-century scale and is mainly related to the grain-size of deposited particles. On this time scale, organic matter remineralization is limited by its lability and bioavailability. Results also highlighted that the WGMP is a sink through the precipitation of authigenic minerals (P, S, Fe, Si) and the adsorption on particles (C, Fe, Mn). Finally, this work has shown that, due to its non-deltaic nature, the biogeochemical functioning of the WGMP differs from that of previously studied high-energy RiOMars, suggesting that it could represent a new RiOMars model.
Afin d’améliorer la compréhension du fonctionnement biogéochimique des marges continentales sous l’influence de grands fleuves (RiOMars pour River-dominated Ocean Margins), la Vasière Ouest Gironde (VOG) a été prise comme un modèle de système tempéré non-deltaïque soumis à un fort hydrodynamisme. La réalisation de mesures in situ et l’analyse d’échantillons prélevés au cours de huit campagnes océanographiques réalisées à différentes saisons entre 2016 et 2021 ont permis de caractériser son fonctionnement biogéochimique de l’échelle saisonnière à pluriséculaire. Les résultats montrent qu’en zone proximale (i.e., < 42.5 m), l’important hydrodynamisme entraine une instabilité sédimentaire avec des dépôts superficiels sablo-vaseux transitoires (< 10 cm) recouvrant des vases reliques. Cela induit un régime diagénétique en deux couches, une moderne et une relique, présentant des fonctionnements biogéochimiques différents. Dans les sédiments modernes superficiels, la matière organique est reminéralisée par respiration aérobie et par des processus de dégradation suboxiques. Au contraire, la réduction des sulfates est le processus de reminéralisation dominant dans les vases reliques. De plus, des mesures de plusieurs phases dissoutes et particulaires ont mis en évidence un fonctionnement différent des cycles biogéochimiques du fer et du soufre entre les vases reliques et les sédiments du reste de la VOG. Dans la zone distale, où la sédimentation est plus continue, la séquence diagénétique se dilate progressivement vers le large, probablement en relation avec la diminution de la labilité de la matière organique et l’augmentation de la bioturbation. Les mesures saisonnières ont notamment mis en évidence une variation de l’intensité de la respiration aérobie en réponse à des évènements saisonniers tels que l’efflorescence printanière et les désoxygénations de l’eau de fond. A l’échelle pluri-décennale, plus de la moitié du carbone organique déposé dans la zone distale est séquestré dans les sédiments avec un taux d’enfouissement maximum de 45 gC m-2 an-1. Les charges en carbone organique du sédiment montrent, qu’à l’échelle pluriséculaire, ce stockage est moins efficace et principalement lié à la taille des particules déposées. A cette échelle de temps, la reminéralisation de la matière organique est limitée par sa labilité et sa biodisponibilité. Les résultats ont également mis en évidence que la VOG est un puits via la précipitation de minéraux authigènes (P, S, Fe, Si) et l’adsorption sur les particules sédimentaires (C, Fe, Mn). Ce travail a finalement montré qu’en raison de sa nature non-deltaïque la VOG présente un fonctionnement biogéochimique différent de celui des RiOMars de haute énergie déjà étudiés, ce qui suggère qu’elle pourrait correspondre à un nouveau modèle de RiOMars.
Origine : Version validée par le jury (STAR)