Carbon hunt from Gerbier de Jonc to Macapa. Biogeochemistry of continental and littoral waters and atmospheric carbon exchange
Description
A significant fraction of the carbon dioxide emitted by humans into the atmosphere is captured by the continental biosphere. It is therefore crucial to quantify very precisely the carbon exchanges between the atmosphere and the continents, in particular by differentiating aquatic surfaces from land surfaces. On the continents as in the littoral fringe, the aquatic environment is a source of carbon for the atmosphere. In fact, the mineralization of terrestrial organic matter is the predominant process, which generates degassing of CO2 and CH4. In this paper, the factors controlling the carbon cycle and gaseous emissions in the aquatic environment, obtained from multidisciplinary and varied methodological approaches, are described. Different ecosystems on the fluvial continuum, in temperate and tropical environments, serve as work sites to build a typology of carbon degassing in continental and coastal aquatic environments. An initial research effort has been devoted to characterizing the carbon sources in the environment, from their spatio-temporal distributions. Thus, the net mineralization of organic matter revealed in the European tidal estuaries is linked to its biodegradability which itself is conditioned by its origins (pedological, phytoplankton and domestic). In most of the studied environments, the comparisons of the distributions of Organic Carbon, CO2 and CH4 make it possible to identify the source organic materials which feed the heterotrophic activity and the fluxes towards the atmosphere. In certain interface environments, where terrestrial and aquatic organic matter coexist, stable isotopes or pigment biomarkers have further constrained the origins of carbon. Then, various works were carried out to understand the biogeochemical processes producing or destroying the carbon gases, to identify their control factors and to establish their kinetics in order to feed physics-biogeochemistry coupled models
Abstract (French)
Une fraction importante du gaz carbonique emis par l'Homme dans l'atmosphere est captee par la biosphere continentale. Il est donc crucial de quantifier tres precisement les echanges de carbone entre l'atmosphere et les continents, en differenciant notamment les surfaces aquatiques des surfaces terrestres. Sur les continents comme dans la frange littorale, le milieu aquatique est source de carbone pour l'atmosphere. En effet, la mineralisation de matiere organique terrestre y est le processus predominant, qui genere des degazages de CO2 et de CH4. Dans ce memoire sont decrits les facteurs de controle du cycle du carbone et des emissions gazeuses en milieu aquatique, obtenus a partir d'approches methodologiques pluridisciplinaires et variees. Differents ecosystemes sur le continuum fluvial, en milieux tempere et tropical, servent de sites ateliers pour construire une typologie des degazages de carbone en milieu aquatique continental et littoral. Un premier effort de recherche a ete consacre a caracteriser les sources de carbone dans le milieu, a partir de leurs distributions spatio-temporelles. Ainsi, la mineralisation nette de matiere organique mise en evidence dans les estuaires tidaux Europeens est liee a sa biodegradabilite qui elle-meme est conditionnee par ses origines (pedologique, phytoplanctonique et domestique). Dans la plupart des milieux etudies, les comparaisons des distributions de Carbone Organique, de CO2 et de CH4 permettent d'identifier les matieres organiques sources qui alimentent l'activite heterotrophe et les flux vers l'atmosphere. Dans certains environnements d'interface, ou matieres organiques terrestre et aquatique co-existent, les isotopes stables ou des biomarqueurs pigmentaires ont permis de contraindre davantage les origines du carbone. Ensuite, differents travaux ont ete menes pour comprendre les processus biogeochimiques produisant ou detruisant les gaz carbones, identifier leurs facteurs de controle et etablir leurs cinetiques afin d'alimenter des modeles couples physique-biogeochimie. Pour cela, il a fallu combiner des echantillonnages sur le terrain cibles dans le temps et l'espace avec des experimentations de laboratoire. Ainsi, nous avons demontre que les particules en suspension dans l'eau stimulaient la respiration aerobie et l'oxydation du methane, favorisant ainsi, les emissions de CO2 au detriment du CH4 dans les environnements a forte turbidite. Dans les estuaires tres turbides, les cycles de sedimentation et erosion generent aussi des oscillations redox qui accelerent la degradation de la matiere organique. Dans les lacs de barrages tropicaux, le methane produit dans les sols inondes est oxyde a plus de 80 pc, car la stratification thermique de la colonne d'eau favorise l'installation d'une communaute de bacteries methanotrophes tres active au niveau de l'oxycline. Enfin, nous avons cherche a etablir des bilans de carbone pour chacune de ses formes et sur les dimensions horizontales (transport fluvial de carbone organique) et vertical (degazage de CO2 et CH4). Ceci passe tout d'abord par le developpement de techniques de mesures a haute frequence de concentrations et de flux de gaz, adaptees au milieu aquatique et qui vont permettre d'apprehender les variations spatio-temporelles du degazage. Ensuite, en utilisant nos donnees et celles de la litterature, nous avons pu proposer des estimations de flux de CO2 et de CH4 aux echelles europeennes et globales, qui indiquent que, malgre sa faible superficie, le milieu aquatique est une source significative de carbone atmospherique, du meme ordre de grandeur que le puits net du milieu terrestre, mais evalue nettement moins precisement. De gros efforts de recherche paraissent necessaires tant dans l'evaluation des surfaces aquatiques que dans l'acquisition de donnees de flux. Les perspectives de recherche pour l'avenir consistent: (1) en l'etude d'ecosystemes a fort marnage notamment a l'interface terrestre/aquatique (plaines d'inondation de l'Amazone et lagune intertidale d'Arcachon), en mettant en place des mesures automatiques de flux de gaz pour acquerir des series temporelles; (2) en une mise au point de techniques experimentales utilisant les isotopes stables pour quantifier les cinetiques de processus microbiens; (3) en un developpement de modeles d'emission de CO2 et CH4 aux echelles regionale puis globale, integrant la climatologie, l'hydrologie, l'occupation des terres, et nos connaissance de la dynamique du carbone dans le milieu aquatique. (auteur)Files
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- Original title (French)
- Traque du carbone du Gerbier de Jonc a Macapa. Biogeochimie des eaux continentales et littorales et echanges de carbone atmospherique
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 58 p.
- Report number
- FRNC-TH--11007
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 51091987
- Subject category
- S54: ENVIRONMENTAL SCIENCES;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- AIR-BIOSPHERE INTERACTIONS; AIR-WATER INTERACTIONS; AQUATIC ECOSYSTEMS; BIOGEOCHEMISTRY; BIOSPHERE; CARBON CYCLE; CARBON DIOXIDE; CARBON SOURCES; DEGASSING; FRANCE; METHANE; MINERAL CYCLING; MINERALIZATION; ORGANIC MATTER; RIVERS; TERRESTRIAL ECOSYSTEMS
- Descriptors DEC
- ALKANES; CARBON COMPOUNDS; CARBON OXIDES; CHALCOGENIDES; CHEMISTRY; DEVELOPED COUNTRIES; ECOSYSTEMS; EUROPE; GEOCHEMISTRY; HYDROCARBONS; MATTER; ORGANIC COMPOUNDS; OXIDES; OXYGEN COMPOUNDS; SURFACE WATERS; WESTERN EUROPE
Optional Information
- Notes
- 89 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses