L’océan est-il traçable? « Qu’est-ce que la (bio)géochimie marine? » Catherine Jeandel CNRS, LEGOS C. Jeandel, Brest-IUEM, 13 septembre 2014

La géochimie: un peu d’histoire V.M. Goldschmidt (1888-1947) Oslo, cristallographie minéraux rayons X 1930: Göttingen Distribution des éléments sur terre dépend de leur rayon ionique et charge « closest packing » 1940: Oslo, guerre, camps puis angleterre « Geochemistry » inachevé, posthume par Muir « Goldschmidt Conference » messe annuelle des géochimistes

Objectifs de la géochimie Cycles (bio)géochimiques Distribution des éléments sur la planète Comprendre le pourquoi de cette distribution Etudier les réactions chimiques (partout) Assembler ces infos: cycles (bio)géochimiques quantifier les transferts entre deux réservoirs planète fonctionnements présents et passés pour prévoir le futur... Catherine Jeandel, CNRS

Catherine Jeandel, CNRS Atmosphère chaleur, eau, gaz Continents Eléments (minéraux, organiques, dissous, particules) OCEAN 71% planète; 1,4 x1021 l Catherine Jeandel, CNRS

Océanographe: Décrire et quantifier... La circulation océanique (toutes échelles) Les cycles bio-géo-chimiques (Cycle du C!) Présent, passé, futur... Rôle du géochimiste marin?

Circulation Thermohaline Plongées d’eaux froides Nord Atlantique, circulation mondiale

Datation des eaux, ventilation: apport du 14C 1050 ans Vit.Verticale 3 m/an

Cycle Océanique du Carbone: Pompes thermodynamique et biologique Dandonneau et Jeandel, 1998

La pompe biologique 10% de la PP exportée (0,5 mol/C/m2) induit une diminution d’un facteur 2 de la concentration de CO2 atmosphérique par rapport à océan « abiotique » (400 vs 800 matm): bien que faible, la pompe biologique séquestre efficacement le C. N, P, Si, …

Phytoplanctons Taille entre 200 et 0.6 microns. Concentration entre quelques dizaines de cellules par litre à plus de 100 millions pour le picoplancton.

Quelques espèces phytoplanctoniques I- Procaryote Trichodesmium - Cyanobacteries - Chaines de plusieurs mm de long - « marées blanches » - Fixatrices d’azote atmosphérique: Besoin Fe

Sensibles acidification Quelques espèces phytoplanctoniques Haptophyta Unicellulaires couverts d’écailles parfois calcifiées Coccolithophoridées (ex: Emiliania Huxleyi) Très abondantes dans eaux chaudes à tempérées Test calcaires Bloom spectaculaires Sensibles acidification Coccolithus Bloom étendu observé par SeaWiFS Golfe de Gascogne. Les régions en vert sur talus, plateau continental ou au large caractérisent des eaux de forte réflectance à toutes les longueurs d’onde. De telles propriétés optiques peuvent souvent être attribuées aux coccolithophoridés.

Quelques espèces phytoplanctoniques Haptophyta (suite) Phaeocystis = genre d’algues nanoplanctoniques marines. Sous deux formes: soit cellules solitaires, soit colonies dans mucus dans milieu naturel  aspect gélatineux. Algues bien connues pour leur bloom spectaculaire à la surface de la mer au printemps, favorisé par un excès de nitrates dans l'eau. Répartition s'étend des côtes de la Mer du Nord  mers polaires; aussi observée à haute latitude dans Atlantique et Pacifique

La vie et la matière dans l’océan Poussières Sahariennes (Îles Canaries) Amazone : 15 % apports eau douce   La machine thermique est aussi un lieu de vie et un milieu chimique: « biogéochimie » Catherine Jeandel, CNRS

multi-processus: multi-traceurs Pour tout mesurer: collecter eau de mer, particules, sédiment, biologie…

En bref… « Tracer » l’océan est essentiel: âge, processus de transport, circulation Les traceurs sont aussi des outils à remonter le temps Subtilité: le bon traceur pour la bonne cause, et approche « multi-traceurs » (GEOTRACES)

Quels types de traceurs? La composition chimique de l ’eau de mer est constante Tableau extrait de Roy-Barman et Jeandel, 2011 définition du temps de résidence: = Q/(dQ/dt) Intérêt des éléments en traces et isotopes: réactifs, hétérogènes, parfois instables: utiles pour tracer des transports et processus.

Composition chimique eau de mer Les majeurs Roy-Barman & Jeandel, 2011

Nozaki’s periodic table

Boîte à outils: Elément trace  Isotopes mmole/l ou moins (peut atteindre atomole/l) intérêt comme traceur si réactif (place dans Mendeleev) exemples : Al et Mn (profils) éléments naturels  artificiels Isotopes

Notion d ’Isotope Atome = Z + N = A (masse) Z = nb protons (n°atomique); N= nb neutrons Isotope = Z constant et N variable 264 stables connus; bcp d ’instables isotopes naturels  artificiels Isotopes radioactifs vs radiogéniques tous les isotopes d ’un même élément ont le même comportement chimique

Catherine Jeandel, CNRS Dans ce cours… Radionucleides: le Th, chronomètre Echange côte-large: les isotopes du Ra Traceurs de source: REE et Nd isotopes Une belle histoire… Catherine Jeandel, CNRS