Isotopologues des nitrates et sulfates dans les carottes de glace polaires

Nitrate and sulfate isotopologues in polar ice cores

• Auteur / Autrice : Julien Witwicky Sauer
• Direction : Joël Savarino
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/07/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Géosciences de l'Environnement (IGE)

Mots clés

Mots clés libres

Carottes de glace

Isotopes

Orbitrap

Chimie

Ice cores

Isotopes

Orbitrap

Chemistry

Résumé

Malgré des décennies de recherche et des centaines de carottes de glace étudiées, ce que l'on appelle communément la chimie des carottes de glace a fourni très peu d'informations sur le fonctionnement chimique de l'atmosphère. Cela est dû au fait que la concentration et la composition isotopique globale des composés ciblés dans la glace ne font pas la différence entre les effets de source, de transformation ou de puits tout en supposant par ailleurs qu'ils n'ont pas été influencés par des effets post-dépôts (alors qu'ils l'ont souvent été). Avec le orbitrap-iso, il est possible d'augmenter quantitativement et qualitativement le nombre de proxies isotopiques à un niveau tel où des informations spécifiques liées à la transformation des composés dans l'atmosphère deviennent accessibles. L'objectif de cette thèse est de documenter la composition isotopique du sulfate et du nitrate à différentes échelles spatiales et temporelles dans les carottes de glace, y compris les compositions isotopiques poly-substituées encore jamais mesurées. Les carottes de glace des hautes latitudes seront particulièrement intéressantes pour la capacité d'oxydation passée de l'atmosphère car elles permettent l'étude des processus sur le temps long en lien avec les grandes transitions climatiques, chaque carotte présentant son propre intérêt scientifique par sa position et l'échelle de temps couverte. Ces carottes de glace des hautes latitudes proviennent de différents projets internationaux (EPICA, Vostok, EGRIP, etc.) et couvrent plusieurs transitions glaciaire-interglaciaire qu'il conviendra d'étudier avec ce nouvel outil analytique. L'hypothèse centrale de l'étude est que les rapports des isotopologues du nitrate et du sulfate que l'on trouve dans la glace sont caractéristiques des mécanismes d'oxydation les ayant produits. Comme cette information mécanistique de leur formation est inaccessible par les seules mesures de concentration et les rapports isotopiques élémentaires, il conviendra de développer de nouveaux outils isotopiques basée sur les molécules poly-substituées tout en documentant la variabilité naturelle observée dans les carottes de glace polaires sur des périodes cibles et d'intérêts climatiques (transitions glaciaire-interglaciaire et révolution industrielle). Grâce à DOC-PAST, nous avons l'opportunité d'ouvrir un nouveau champ disciplinaire afin d'attaquer une des questions fondamentales du paléoclimat encore non résolue, le lien entre chimie de l'atmosphère et le climat.

Despite decades of research and the study of hundreds of ice cores, what is commonly referred to as the chemistry of ice cores has provided very little information about the chemical processes in the atmosphere in the past. This is because the concentration and elemental isotopic composition of the compounds targeted in the ice do not differentiate between source, transformation in the atmosphere, or sink effects, while assuming that they have not been influenced by post-depositional effects (even though they often have). With the Orbitrap-iso, it is now possible to quantitatively and qualitatively increase the number of isotopic proxies to a level where specific information related to the transformation of compounds in the atmosphere becomes accessible. The aim of this thesis is to document the isotopic composition of sulfate and nitrate at different spatial and temporal scales in ice cores, including isotopically poly-substituted compositions that have never been measured before. Ice cores from high latitudes will be particularly interesting for their insight into the past oxidation capacity of the atmosphere, as they allow the study of long-term processes related to major climate transitions. Each ice core presents its scientific interest due to its location and the timescale it covers. These ice cores from high latitudes come from various international projects (EPICA, Vostok, EGRIP, etc.) and cover several glacial-interglacial transitions that need to be studied with this analytical tool. The central hypothesis of the study is that the isotopologue ratios of nitrate and sulfate found in the ice are characteristic of the oxidation mechanisms that produced them. Since this mechanistic information about their formation is inaccessible through concentration measurements and elemental isotopic ratios, it is necessary to develop new isotopic tools based on poly-substituted molecules while documenting the natural variability observed in polar ice cores over target periods of climatic interest (glacial-interglacial transitions and the industrial revolution). Thanks to DOC-PAST, we have the opportunity to open a new disciplinary field to address one of the fundamental questions of paleoclimate that remains unresolved: the link between atmospheric chemistry and climate.