Étude de la spéciation et du fractionnement isotopique du fer dans les eaux de l'Amazone est ses affluents

Study of iron speciation and isotopic fractionation in the waters from the Amazon river and its tributaries

• Auteur / Autrice : Daniel Santos Mulholland
• Direction : Franck Poitrasson, Geraldo Resende Boaventura
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydrologie, hydrochimie, sol, environnement
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3 en cotutelle avec Universidade de Brasília

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amazone, Bassin de l'

Hydrologie

Fer

Effet isotopique

Mots clés libres

Fractionnement isotopique du Fer

Bassin tropical

Le mélange de rivières

Stockage de l'échantillon

Cyanobactéries

Résumé

Ce travail vise à évaluer l'influence de la spéciation du Fe et de sa composition isotopique dans les eaux ayant des caractéristiques chimiques contrastées. Les rapports isotopiques du Fe ont été déterminés en utilisant un MC-ICP-MS (multicollecteur - plasma à couplage inductif - spectromètre de masse) à haute résolution de masse. Cette étude montre pour la première fois que le Fe adsorbé sur les parois des cellules du phytoplancton présente une accumulation préférentielle des isotopes lourds. Le fractionnement isotopique observé (?57Fecell-solution) était d'environ 2,5‰ pour les solutions initiales contenant des espèces aqueuses Fe2+, et ~1,0‰ pour les solutions initiales contenant des espèces aqueuses de Fe3+. Ce travail montre également que le stockage des échantillons d'eau à température ambiante peut causer des variations de la composition isotopique du Fe dissous, en particulier dans les eaux à forte concentration de matières organiques. La composition isotopique du Fe des différentes fractions de taille des pores a fourni des informations précises sur les sources et les processus biogéochimiques se produisant dans les sols des zones sources et s'est avéré être un bon indicateur des mécanismes impliquant la perte de Fe et son transfert dans la zone de mélange entre le Solimoes et le Negro. La composition des isotopes Fe des eaux de rivière transporte principalement la signature des principales sources et des processus biogéochimiques se produisant dans les sols, il peut aussi être un outil prometteur pour étudier les effets de la modification de l'utilisation des terres et des changements climatiques sur l'altération continentale.

This work aimed to evaluate the influence of Fe speciation on its isotopic composition in waters with contrasted chemical features. Iron isotope ratios were determined using a Thermo Finnigan Neptune MC-ICP-MS (Multicollector - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometer) with medium or high resolution entry slits, according to the Fe concentration of the samples and the sensitivity of the equipment. The present study shows, for the first time, that Fe adsorption on the phytoplankton cell walls can cause significant isotopic fractionation with preferential accumulation of heavy isotopes on the solid interface. The observed Fe isotopic fractionation (?57Fecell-solution) was ~2. 5‰ for initial solutions containing aqueous Fe2+ species, and ~ 1. 0 ‰ for initial solutions containing aqueous Fe3+ species. This work also shows that bulk water sample storage can cause variations in the dissolved Fe isotopic composition, especially in waters with high concentrations of organic matter stored at room temperature. The Fe isotopic composition of the different pore-sized fractions from the Amazon Basin waters provided precise information about the sources and biogeochemical processes occurring in the upland soils and proved to be good proxies of the mechanisms involving Fe loss and transfer in the mixing zone. Considering that the Fe isotopes composition carries the records of the main sources and biogeochemical processes in soils, it can also be a promising tool to investigate the effects of land use modification and climate changes on continental weathering.