Thèse soutenue

Reconstitutions paléoenvironnementales et caractérisation des gaz à effet de serre dans les systèmes aquatiques pergélisolés de la Yakoutie centrale (Sibérie)
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Auteur / Autrice : Lara Hughes-Allen
Direction : Frédéric BouchardChristine HattéFrançois Costard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Terre solide : géodynamique des enveloppes supérieures, paléobiosphère
Date : Soutenance le 06/05/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2004-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Géosciences, climat, environnement et planètes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Pierre Antoine
Examinateurs / Examinatrices : Sophie Opfergelt, Christian Michel Zdanowicz, Laure Gandois, Oleg Pokrovski, Antoine Séjourné
Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Opfergelt, Christian Michel Zdanowicz

Résumé

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La région de la Yakoutie centrale se caractérise par un pergélisol profond et riche en glace. Les changements climatiques passés et présents et d'autres perturbations peuvent avoir des effets importants sur les paysages de pergélisol et le bilan carbone mondial. Dans les zones de pergélisol riche en glace, la dégradation peut résulter en la formation de lacs thermokarst, qui sont des ‘hotspots' pour l'activité biologique et les émissions de gaz à effet de serre (GES). Les trois axes de cette thèse sont 1) la dynamique passée des lacs, 2) l'hétérogénéité spatiale et temporelle des concentrations de GES et des flux diffusifs des lacs thermokarst, et 3) l'analyse à grande échelle de la dynamique récente (depuis les années 1960) des lacs en réponse aux variations climatiques locales et aux activités humaines. Pour comprendre le développement des lacs, l'accumulation de sédiments et de carbone organique, et les changements de la productivité primaire, dans le contexte des changements climatiques du Pléistocène final et de l'Holocène, une analyse paléolimnologique multi-proxy d'une séquence de carottes de sédiments du lac Malaya Chabyda en Yakoutie centrale a été réalisée (max âge ~14 cal kBP). Les propriétés sédimentologiques et biogéochimiques dans la section la plus profonde de la carotte suggèrent un environnement lacustre principalement influencé par la végétation terrestre, où l'accumulation de carbone organique a pu être relativement faible, beaucoup plus élevée que la moyenne mondiale moderne. La section médiane de la carotte a été caractérisée par une productivité primaire plus élevée dans le lac, une sédimentation beaucoup plus forte et une grande augmentation de la livraison de carbone organique (OC). Les conditions dans la section supérieure de la carotte suggèrent une productivité primaire élevée dans le lac et des taux élevés d'accumulation de CO, avec des conditions environnementales stables. Les changements dans le caractère et la quantité de l'accumulation de CO peuvent avoir des implications importantes pour la libération future de GES. Ces résultats aident à comprendre l'histoire du développement des lacs dans les paysages de pergélisol dans le contexte des changements climatiques passés. Pour analyser l'hétérogénéité spatiale et temporelle des concentrations de GES et du flux diffus, les concentrations de CO₂ et de CH₄ dissous dans les lacs thermokarst d'un site d'étude en Yakoutie centrale ont été mesurées sur quatre saisons. Les lacs formés au cours de l'Holocène (lacs alas) sont comparés aux lacs qui se sont développés au cours des dernières décennies. Les résultats montrent des différences dans les gaz à effet de serre dissous entre les types de lacs et les saisons. Les lacs peu profonds situés dans des dépressions d'alas hydrologiquement fermées ont agi comme des réservoirs de CO₂ et de fortes sources de CH₄ diffusif pendant certaines saisons. Les lacs thermokarstiques récents étaient des sources extrêmement élevées de CO₂ et de CH₄ diffusifs, avec une accumulation considérable de gaz à effet de serre sous la couverture de glace (hiver) ou dans de l'eau les plus profondes (été). Les flux diffusifs mesurés dans les lacs thermokarst de ce paysage typique de taïga alas de la Yakoutie centrale sont parmi les plus élevés présentés dans les régions arctiques et subarctiques.Enfin, une analyse de télédétection a été menée pour étudier le développement récent (depuis les années 1960) des lacs et quantifier les différences dans l'histoire du développement entre les types de lacs. Cette étude a indiqué que certains types de lacs sont plus sensibles aux changements annuels des précipitations. Ces informations seront utilisées pour étendre les mesures in situ des gaz à effet de serre à une plus grande unité de paysage.