Fractionnement isotopiques du bore dans les processus de surface

• Auteur / Autrice : Johanna Noireaux
• Direction : Jérôme Gaillardet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Altération (géologie)

Bore

Géochimie isotopique

Mots clés libres

Paléo-PH

Résumé

Cette étude se propose d'étudier deux aspects principaux de la géochimie du bore à la surface de la Terre. Les compositions isotopiques en bore sont en effet utilisées pour tracer plusieurs processus impliqués dans l'évolution du climat sur les temps géologiques, à savoir les variations du pH de l'océan et l'altération chimique des continents. De plus, le bore est sensible aux réactions biologiques, ce qui en fait un potentiel traceur du couplage entre flux d'altération et recyclage biologique. Le pH des océans est supposé être enregistré dans la signature isotopique en bore des carbonates marins. L'étude de l'incorporation du bore dans des carbonates précipités en laboratoire a permis de mettre en évidence le rôle prédominant de la cristallographie sur le fractionnement isotopique du bore dans les carbonates inorganiques, et donc sur la sensibilité du di 1B au pH. De plus, di 113 dans l'aragonite est en accord avec l'hypothèse qui sous-tend l'utilisation du paléo-pHmètre ; à savoir que l'ion borate est la seule espèce incorporée et ce, sans fractionnement isotopique. A l'inverse, la calcite peut incorporer aussi l'espèce acide borique. Ceci a des implications sur notre compréhension de l'effet vital dans les carbonates biogéniques et sur l'utilisation du paléo-pHmètre. La comparaison des flux et fractionnements en bore de deux petits bassins versants a mis en évidence le comportement contrasté du bore. Dans le bassin de Mule Hole, les flux de bore sont dominés par les apports atmosphériques et la végétation, ce qui implique des valeurs de dil B parmi les plus élevées jamais mesurées dans le dissous. Nous confirmons que les processus d'altération chimique fractionnent les isotopes du bore lors de la formation de minéraux secondaires. Dans le bassin de Shale Hills, les flux de bore dissous sont dominés par les apports atmosphériques et les interactions eaux-roches, en particulier par les apports de bore par les eaux souterraines ayant réagi avec la roche sédimentaire. L'ensemble de ces résultats confirment le potentiel des isotopes du bore comme traceur des processus de surface mais appellent à une meilleure compréhension des fractionnements isotopiques induits par les processus biologiques.

This study focuses on two main aspects of boron geochemistry at the Earth's surface. Boron isotope compositions are used to trace severals processes involved in climate evolution on geological timescales ; the ocean pH variations and continental weathering. Boron is also sensitive to biological reactions, which makes it a potential traceur of the coupling between weathering and biological cycling. Ocean pH is supposed to be recorede in the boron isotope signature of marine carbonates. The study of boron incorporation in carbonates precipitated under controlled environment evidenced the dominant role of crystallography on the boron isotope composition of inorganic carbonates and thus on the di iB sensitivity to pH variations. Moreover, d 11B in aragonite is consistent with the paleo-pH hypothesis of sole incorporation of borate ion. On the Contrary, calcite can incorporate boric acid. This has implications on our understanding of vital effects in marine biological carbonates and their use as paléo-pHmeters. Comparison between the fluxes and boron isotope fractionation in two small watershed evidenced the constrasted behaviour of boron. In Mule Hole watershed, boron fluxes are controlled by atmospheric inputs and vegetation cylcling, resulting in some of the highest di 1B ever measured in the dissolved load. We also confirm that weathering processes fractionate boron isotopes during secondary minerals formation. In Shale Hills watershed, boron fluxes are controlled by atmospheric inputs and water-rock interactions, in particular by boron inputs by groundwater having reacted with the shale. These results as a whole confirm the usefulness of boron isotopes as a tracer of surface processes but call for a better knowledge of isotope fractionation induced by biological activity.