Les isotopes du fer nouveaux indicateurs de la pression anthropique : cas du bassin Amazonien

Iron isotopes as new indicators of human pressure : the case of the Amazon basin

• Auteur / Autrice : Alisson Akerman
• Direction : Franck Poitrasson, Geraldo Resende Boaventura, Priscia Oliva
• 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'

Sols -- Érosion

Isotopes

Fer

Mots clés libres

Isotopie du fer

Cycle biogéochimique du fer

Erosion des sols

Processus d'altération minérale et pédogénèse

Oxydoréduction

Complexation

Matière organique

Anthropisation

Résumé

Ce travail de recherche porte sur l'étude des compositions isotopiques du fer dans différents réservoirs naturels d'environnements tropicaux. Cette étude a été conduite afin d'évaluer le potentiel des isotopes stables du Fe comme nouvel outil géochimique quantitatif et dynamique de la pression anthropique sur les processus de transformation des sols et le transfert d'éléments des continents vers les océans. Les résultats obtenus montrent qu'un fractionnement isotopique du Fe important se produit dans les sols le long de toposéquences en zone forestière tropicale. L'altération chimique et la pédogénèse sont responsables de la mobilisation et de la perte en fer isotopiquement léger dans les sols de bas de versant. Après déforestation, l'érosion et le colluvionnement entrainent un rajeunissement apparent du sol de bas de versant se traduisant par une signature isotopique en fer différente du sol de forêt. Le Fe dissous des eaux de ruisseau, drainant les bassins versants étudiés, montre une signature en fer isotopiquement lourde en forêt. En revanche, les eaux de zones déforestées sont enrichies en Fe isotopiquement léger. Cette différence est due à une mobilité du FeIII complexé par la matière organique dans les eaux noires, riches en matière organique des forêts, et à des modifications géomorphologiques induisant des processus d'oxydoréduction qui peuvent fractionner les isotopes du Fe, après déforestation. Les activités humaines contribuent à des modifications de l'environnement qui influencent les compositions isotopiques en fer. Cette première étude comparative entre forêts tropicales et zones déforestées prouve l'intérêt de l'étude des isotopes stables du Fe puisqu'ils permettent clairement de mettre en évidence l'impact sur le système eau-sol-végétation des activités anthropiques en environnement tropical.

This research work deals with iron isotope compositions from various natural reservoirs in tropical environments. The aim of this work was to evaluate whether or not stable Fe isotopes can be used as a new geochemical tool to trace soil transformations and mass transfers from continents to oceans. This will help quantifying the impact of anthropogenic activities like deforestation. Results show significant Fe isotope fractionation, occurring within soils along toposequences in tropical forest. Chemical alteration and pedogenesis are interpreted to be responsible for the preferential loss of light Fe isotopes in footslope soils. After deforestation, erosion and colluviation lead to an apparent rejuvenation of the soil valley that results into a different Fe isotope signature compared to the forest soils. Dissolved Fe from the rivers draining the studied watersheds show high isotopic signatures in forest. In contrast, waters originating from deforested areas appear enriched in light Fe isotopes. Such a difference is due to 1) FeIII mobility when complexed by organic ligands in black waters, the latter being enriched in organic matter from the forest, and 2) geomorphological modifications after deforestation leading to Fe isotope fractionation from redox processes. Human activities are actively contributing to environmental changes that generate significant variations in Fe isotopic compositions. This study is to date the first one that compares Fe isotopic signatures between tropical forests and deforested environments. It demonstrates here that Fe stable isotopes record significant variations in the water-soil-vegetation system in response to anthropogenic activities.