PROOF

PROXSi : PROXy Silicium
Composition isotopique du silicium dans l’opale, proxy de la paléoproductivité

( 21-Aoû-2003 / pT/mpT)

SCIENTIFIC GOALS

Résumé du projet :

Les diatomées contribuent pour 75 % à la production primaire des systèmes eutrophes et de l’0céan Austral et jouent un rôle essentiel dans la production primaire océanique globale et dans l’exportation du carbone organique vers l’océan profond et vers le sédiment (Tréguer et al., 1995). L’étude du cycle du silicium est donc fondamentale pour comprendre et quantifier le fonctionnement de la pompe biologique de CO2. Toutefois 97% du flux de silicium biogène produit par les diatomées dans le réservoir de surface de l’océan est redissout dans la colonne d’eau et dans le sédiment. Seulement 3 % de la silice biogène produite dans la couche de surface sont donc déposés sur le long terme dans les sédiments (Tréguer et al., 1995). Aussi les flux d’opale sédimentaire accumulés représentent-ils une “ mémoire infidèle ” de la production dans la couche de surface, d’autant que les courants de fond peuvent profondément redistribuer l’accumulation des sédiments à l’échelle locale (“ focusing ”). Même si nous disposons d’outils isotopiques pour corriger du focusing la reconstitution de la paléoproductivité à partir des accumulation sédimentaires de matériel biogène n’est pas évidente. Tout proxy (=traceur) liée à la production primaire dans la couche de surface et qui préserve cette propriété dans les sédiments est donc d’intérêt majeur en paléocéanographie.

De La Rocha et al. (1997, 1998) ont montré que :

(1) le dépôt de silicium sous forme de silice amorphe dans les frustules des diatomées fait l’objet d’un fractionnement isotopique (d’environ 1 ‰ en d30Si), et que

(2) les variations du d30Si dans les sédiments reflètent les changements d’utilisation de l’acide silicique dans la couche de surface de l’océan, elles-mêmes liées à la production primaire.

Le d30Si apporte un éclairage original sur le fonctionnement de la pompe biologique de CO2 de l’océan mondial actuel et passé, particulièrement dans l’Austral lieu d’abondants dépôts d’opale au dernier glaciaire (De La Rocha et al., 1998). Malgré son grand intérêt l’usage de ce nouveau proxy en biogéochimie marine est resté limité à deux équipes dans le monde (M.A. Brzezinski à l’UCSB, et C. De La Rocha maintenant à l’Université de Cambridge, UK) car sa détermination par spectrométrie de masse ou par MC-ICP-MS, en haute résolution et haute précision, reste difficile.

En développant le programme PROXSi lié aux programme national PROXYCAL et aux programmes internationaux PJTT/IGBP et OPALEO, situé dans le cadre du Thème III de PROOF, nous proposons ici de faire progresser l’usage du d30Si en biogéochimie marine et en paléocéanographie. Ce programme s’appuie d’une part sur les compétences des chercheurs et personnels ITA de l’UMR 6539 - LEMAR (P. Tréguer, R. Corvaisier) s’agissant :

(1) du cycle du silicium dans l’océan mondial et

(2) de la détermination de son abondance naturelle dans les diatomées et dans les sédiments par spectrométrie de masse.

Cette détermination est désormais possible à Brest grâce à l’installation d’un Triton T1 (Thermoquest – Finnigan). Ce matériel commun à l’IUEM-FR CNRS 2195, mis en œuvre dans le cadre d’une collaboration entre les UMRs 6539 et 6538 (C. Bassoulet), est particulièrement performant ; sa faisabilité pour la détermination du fractionnement isotopique du silicium sur du matériel biogène vient d’être démontrée (détermination du rapport d’abondance 30Si/28Si à ± 0.1 ‰ près).

Les compétences des chercheurs du LEMAR sont d’autre part convergentes avec celles des chercheurs de l’UMR 5805 (EPOC, Université Bordeaux 1) experts dans :

(1) la physiologie des diatomées (Y. del Amo), et

(2) l’utilisation des diatomées en paléoceanographie (J.J. Pichon) et plus particulièrement à travers l’utilisation couplée des proxys d13C, d15N déterminés à Bordeaux dans la matière organique encapsulée dans l’opale (X. Crosta).

Réaliser une meilleure calibration d’un nouveau proxy de productivité et de paléoproductivité océanique est l’objectif de PROXSi. Pour réaliser cet objectif le programme proposé comprend:

(1) l’optimisation de la détermination de d30Si en spectrométrie de masse,

(2) la détermination du fractionnement isotopique du silicium dans des diatomées antarctiques, à partir d’expérimentations in vitro, et

(3) l’utilisation couplée de trois proxies d30Sidiat, d13Cdiat, et d15Ndiat dans la frustule et dans le matériel protéinique encapsulé dans l’opale, ce qui n’a jamais été réalisé jusqu’à présent, pour la reconstruction de la paléoproductivité due aux diatomées dans l’Océan Austral.

Un des résultats majeurs attendus de PROXSi est de tester l’hypothèse d’un antiphasage des signaux d30Sidiat et de d15Ndiat au cours des trois derniers cycles climatiques. En collaboration avec A. Shemesh (Weizmann Institute, Israel), le matériel sédimentaire de deux carottes couvrant 3 cycles climatiques et situées au sud (SO136-111, 56°S, 160°E, 3900m) et au nord du Front Polaire Antarctique (MD972101, 44°S, 80°E, 3200m), sera utilisé à cette fin.

PROXSi P.Treguer

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PROJECT LIFE










27-Jui-2003 © mpTorre/PROOF


SCIENTIFIC GOALS

	Résumé du projet : Les diatomées contribuent pour 75 % à la production primaire des systèmes eutrophes et de l’0céan Austral et jouent un rôle essentiel dans la production primaire océanique globale et dans l’exportation du carbone organique vers l’océan profond et vers le sédiment (Tréguer et al., 1995). L’étude du cycle du silicium est donc fondamentale pour comprendre et quantifier le fonctionnement de la pompe biologique de CO2. Toutefois 97% du flux de silicium biogène produit par les diatomées dans le réservoir de surface de l’océan est redissout dans la colonne d’eau et dans le sédiment. Seulement 3 % de la silice biogène produite dans la couche de surface sont donc déposés sur le long terme dans les sédiments (Tréguer et al., 1995). Aussi les flux d’opale sédimentaire accumulés représentent-ils une “ mémoire infidèle ” de la production dans la couche de surface, d’autant que les courants de fond peuvent profondément redistribuer l’accumulation des sédiments à l’échelle locale (“ focusing ”). Même si nous disposons d’outils isotopiques pour corriger du focusing la reconstitution de la paléoproductivité à partir des accumulation sédimentaires de matériel biogène n’est pas évidente. Tout proxy (=traceur) liée à la production primaire dans la couche de surface et qui préserve cette propriété dans les sédiments est donc d’intérêt majeur en paléocéanographie. De La Rocha et al. (1997, 1998) ont montré que : (1) le dépôt de silicium sous forme de silice amorphe dans les frustules des diatomées fait l’objet d’un fractionnement isotopique (d’environ 1 ‰ en d30Si), et que (2) les variations du d30Si dans les sédiments reflètent les changements d’utilisation de l’acide silicique dans la couche de surface de l’océan, elles-mêmes liées à la production primaire. Le d30Si apporte un éclairage original sur le fonctionnement de la pompe biologique de CO2 de l’océan mondial actuel et passé, particulièrement dans l’Austral lieu d’abondants dépôts d’opale au dernier glaciaire (De La Rocha et al., 1998). Malgré son grand intérêt l’usage de ce nouveau proxy en biogéochimie marine est resté limité à deux équipes dans le monde (M.A. Brzezinski à l’UCSB, et C. De La Rocha maintenant à l’Université de Cambridge, UK) car sa détermination par spectrométrie de masse ou par MC-ICP-MS, en haute résolution et haute précision, reste difficile. En développant le programme PROXSi lié aux programme national PROXYCAL et aux programmes internationaux PJTT/IGBP et OPALEO, situé dans le cadre du Thème III de PROOF, nous proposons ici de faire progresser l’usage du d30Si en biogéochimie marine et en paléocéanographie. Ce programme s’appuie d’une part sur les compétences des chercheurs et personnels ITA de l’UMR 6539 - LEMAR (P. Tréguer, R. Corvaisier) s’agissant : (1) du cycle du silicium dans l’océan mondial et (2) de la détermination de son abondance naturelle dans les diatomées et dans les sédiments par spectrométrie de masse. Cette détermination est désormais possible à Brest grâce à l’installation d’un Triton T1 (Thermoquest – Finnigan). Ce matériel commun à l’IUEM-FR CNRS 2195, mis en œuvre dans le cadre d’une collaboration entre les UMRs 6539 et 6538 (C. Bassoulet), est particulièrement performant ; sa faisabilité pour la détermination du fractionnement isotopique du silicium sur du matériel biogène vient d’être démontrée (détermination du rapport d’abondance 30Si/28Si à ± 0.1 ‰ près). Les compétences des chercheurs du LEMAR sont d’autre part convergentes avec celles des chercheurs de l’UMR 5805 (EPOC, Université Bordeaux 1) experts dans : (1) la physiologie des diatomées (Y. del Amo), et (2) l’utilisation des diatomées en paléoceanographie (J.J. Pichon) et plus particulièrement à travers l’utilisation couplée des proxys d13C, d15N déterminés à Bordeaux dans la matière organique encapsulée dans l’opale (X. Crosta). Réaliser une meilleure calibration d’un nouveau proxy de productivité et de paléoproductivité océanique est l’objectif de PROXSi. Pour réaliser cet objectif le programme proposé comprend: (1) l’optimisation de la détermination de d30Si en spectrométrie de masse, (2) la détermination du fractionnement isotopique du silicium dans des diatomées antarctiques, à partir d’expérimentations in vitro, et (3) l’utilisation couplée de trois proxies d30Sidiat, d13Cdiat, et d15Ndiat dans la frustule et dans le matériel protéinique encapsulé dans l’opale, ce qui n’a jamais été réalisé jusqu’à présent, pour la reconstruction de la paléoproductivité due aux diatomées dans l’Océan Austral. Un des résultats majeurs attendus de PROXSi est de tester l’hypothèse d’un antiphasage des signaux d30Sidiat et de d15Ndiat au cours des trois derniers cycles climatiques. En collaboration avec A. Shemesh (Weizmann Institute, Israel), le matériel sédimentaire de deux carottes couvrant 3 cycles climatiques et situées au sud (SO136-111, 56°S, 160°E, 3900m) et au nord du Front Polaire Antarctique (MD972101, 44°S, 80°E, 3200m), sera utilisé à cette fin.