Dissolution de macro- et micronutriments issus d’aérosols désertiques et volcaniques dans l’eau de pluie et eau de mer : influence sur le phytoplancton de l’Océan Indien Austral

Macro- and micronutrient dissolution from desert and volcanic aerosols in rain and seawater : impact on phytoplankton in the Southern Indian Ocean

• Auteur / Autrice : Carla Geisen
• Direction : Damien Cardinal, Céline Ridame
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biogéochimie marine
• Date : Soutenance le 27/09/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Blain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Delmelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brivaëla Moriceau, Delphine Lannuzel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aérosols atmosphériques

Nutriments

Phytoplancton marin

Biogéochimie

Mots clés libres

Macro- et micronutriments

Aérosols naturels

Solubilité

Dissolution

Océan Indien Austral

Phytoplancton

Macro- and micronutrients

Desert dust

Volcanic ash

Solubility

Dissolution

Southern Indian Ocean

Phytoplankton

Résumé

Les aérosols constituent une source importante de macro- et micronutriments pour l’océan hauturier. Cependant, uniquement les nutriments dissous sont considérés comme biodisponibles, c’est-à-dire assimilables par le phytoplancton. Ainsi, la quantification de leur solubilité se révèle primordiale pour (i) estimer l’influence d’un dépôt d’aérosols sur le phytoplancton, et (ii) boucler les cycles biogéochimiques de ces éléments. Dans le cadre de cette thèse, nous avons établi des gammes de solubilité de deux types d’aérosols (désertique ou volcanique) selon le mode de dépôt (sec et humide), en intégrant la variabilité en fonction de l’origine des aérosols. Ainsi, le macronutriment silicium issu des poussières désertiques est plus soluble comparé aux cendres volcaniques (jusqu’à 0.7 % contre 0.2 %), notamment via la dissolution du quartz. Le micronutriment fer se dissout majoritairement dans l’eau de pluie lors d’un dépôt humide des aérosols à l’océan via la dissolution d’aluminosilicates, avec une solubilité généralement inférieure à 0.14 % et 0.02 %, dans l’eau de pluie et eau de mer respectivement, et ce indépendamment du type d’aérosol. L’ensemble de ces résultats permet ainsi une révision des flux de nutriments atmosphériques à l’océan de surface qui pourra être in fine intégrée dans les estimations globales de modélisation biogéochimique. La réponse biologique suite à un apport de nutriments par voie atmosphérique a été déterminée dans l’Océan Indien Austral et les nutriments ont majoritairement profité à la communauté de diatomées, notamment au niveau du plateau de Kerguelen.

Aerosols are an important source of macro- and micronutrients for the open ocean. However, only dissolved nutrients are considered bioavailable, i.e. assimilable by phytoplankton. Thus, the quantification of their solubility is essential to (i) estimate the influence of aerosol deposition on phytoplankton, and (ii) closing the biogeochemical cycles of these elements. We thus established the solubility ranges of two types of aerosols (desert or volcanic) according to the deposition mode (dry and wet), by integrating the variability depending on the aerosol origin. Thus, the macronutrient silicon found in desert dust is more soluble compared to volcanic ash (up to 0.7 % against 0.2 %), in particular via the dissolution of quartz. The micronutrient iron dissolves mainly in rainwater during wet deposition of aerosols in the ocean via the dissolution of aluminosilicates, with solubilities generally below 0.14% and 0.02%, in rainwater and seawater respectively, regardless of the type of aerosol. Thus, these results allow a re-estimation of atmospheric nutrients fluxes to the surface ocean which could ultimately be integrated into global biogeochemical models. Finally; the biological response to an atmospheric nutrient input has been determined in the Southern Indian Ocean and the nutrients have mainly benefited the diatom community, especially at the Kerguelen plateau.