Étude de la distribution du δ13CDIC dans l’océan et évaluation de la composante anthropique du CO2

The δ13CDIC distribution in the ocean and evaluation of the CO2 anthropogenic component

• Auteur / Autrice : Virginie Racapé
• Direction : Catherine Pierre, Nicolas Metzl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biogéochimie Marine
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biochimie marine

Cycle du carbone

Carbone 13

Résumé

La composition en isotopes stables du carbone inorganique dissous (δ13CDIC) dans l’océan est un traceur semi-conservatif utile pour étudier le cycle du carbone, sa composante anthropique ou encore la paléo-circulation. La distribution moyenne annuelle de ce traceur est relativement bien documentée depuis la surface jusqu’au fond, mais sa variabilité temporelle nécessite d’être complétée. Basée sur de nouvelles observations acquises dès la fin des années 90 et jusqu’en 2012, cette étude décrit et interprète la variabilité saisonnière, interannuelle à décennale du δ13CDIC dans trois régions océaniques: le gyre subpolaire Nord-Atlantique (NASPG), le golfe de Guinée et les secteurs Sud-Ouest et Austral de l’océan Indien. Dans les eaux de surface de ces régions, l’amplitude saisonnière du δ13CDIC varie de 0‰ à 1‰ et reflète le bilan local entre l’activité biologique et la dynamique océanique. Négligeables sur un court terme, les échanges air-mer de CO2 incluent une contribution anthropique importante qui modifie le δ13CDIC à plus long terme, mais qui peut être masquée (océan Indien) ou amplifiée (NASPG) par la variabilité naturelle. Pour les études globales du carbone, la diminution du δ13CDIC liée à la pénétration du carbone anthropique (Cant) dans les eaux de surface, connue sous le terme d’effet Suess océanique, apporte une contrainte supplémentaire pour mieux séparer cette variabilité naturelle du signal anthropique. Basés sur un modèle de régression linéaire multiple étendue (eMLR), l’effet Suess océanique et l’accumulation du carbone anthropique ont été conjointement évalués dans deux des régions clés pour le stockage du Cant : le NASPG et le Sud-Ouest de l’océan Indien. Dans le NASPG, les résultats révèlent un changement anthropique de -0. 013‰ (µmol kg-1)-1 qui confirme le faible renouvellement des eaux denses de la Mer du Labrador depuis le début des années 90. Dans l’océan Indien, ce changement anthropique, de l’ordre de -0. 021‰ (µmol kg-1)-1 met en évidence la stabilité du temps de résidence des eaux de surface de la région. Ces résultats ont été comparés au modèle NEMO-PISCES de l’IPSL. Bien que le cycle saisonnier du δ13CDIC soit largement sous-estimé par le modèle dans certaines régions océaniques (2 à 3 fois), l’évaluation du signal anthropique est comparable aux résultats obtenus dans cette étude.

The isotopic composition of dissolved inorganic carbon (δ13CDIC) in the ocean is a useful semi-conservative tracer of the carbon cycle to study the anthropogenic CO2 component and paleo-circulation. The mean annual large scale distribution of this tracer is now relatively well documented in surface and at depth, but the temporal variability still needs to be completed. Based on new observations collected since the end of 90s until 2012, this study describes and interprets the seasonal, interannual to decadal variability of the δ13CDIC in three oceanic regions: the North-Atlantic subpolar gyre (NASPG), the gulf of Guinea and the Southwestern and Southern Indian Ocean. In the surface waters of these regions, the δ13CDIC seasonal amplitude varies from 0‰ to 1‰ and depends on the local balance between the biological activity and the ocean dynamics. Negligible in the short-term, the air-sea CO2 exchange includes a large anthropogenic contribution that changes the δ13CDIC in the long term, but could be masked (Indian ocean) or increased (NASPG) by the natural variability. For the global carbon budget, the decrease in δ13CDIC due to the anthropogenic carbon (Cant) uptake in the surface ocean, the so-called oceanic 13C Suess effect, provides additional information to better discriminate the natural variability from the anthropogenic signal. Based on the extended multi-linear regression (eMLR), the oceanic 13C Suess effect and the anthropogenic DIC changes have been estimated together in key regions for the Cant storage: the NASPG and the Southwestern Indian Ocean. These results revealed an anthropogenic change around -0. 013‰ (µmol kg-1)-1 in NASPG, which attests to the low renewal of the Labrador sea-water since the beginning of 90s. In the Indian Ocean, the anthropogenic carbon change, around -0. 021‰ (µmol kg-1)-1, highlights a steady residence time of surface waters. These results are compared to NEMO-PISCES model of IPSL. The δ13CDIC seasonal cycle is under-estimated 2 or 3 times by the model but the anthropogenic signal evaluation is comparable to the direct estimations obtained by this study.