Cycles biogéochimiques du carbone, de l’azote et du soufre dans un analogue des océans précambriens : le lac Dziani (Mayotte) | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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  Cycles biogéochimiques du carbone, de l’azote et du soufre dans un analogue des océans précambriens : le lac Dziani (Mayotte)

Vendredi 08 Décembre 2017
Soutenances de thèses
Pierre Cadeau
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Extrait: 

Résumé

Au cours du Précambrien, les évolutions séculaires des compositions isotopiques en carbone (?13C), en azote (?15N) et en soufre (?34S) dans l’enregistrement sédimentaire sont marquées par d’importantes excursions isotopiques. Ces excursions sont interprétées comme le reflet de perturbations majeures des cycles biogéochimiques (C, N et S) dont la nature reste encore très débattue. L’étude de systèmes actuels présentant des analogies avec les paléoenvironnements précambriens peut permettre d’apporter un éclairage complémentaire sur ces questions. Ce travail de thèse se place dans cette optique en se focalisant sur l’étude du lac Dziani Dzaha (Mayotte, Océan Indien), un nouvel analogue de certains environnements précambriens.

Des mesures de ?13C, ?15N et, à titre exploratoire, de ?34S ont été effectuées sur des échantillons d’eau, de particules en suspension et de sédiments. Le ?13CDIC dans la colonne d’eau présente des valeurs moyennes autour de ? +12 ‰ qui sont interprétées comme le résultat d’un dégazage vers l’atmosphère de méthane issu de la dégradation de la matière organique par méthanogenèse. Ces résultats suggèrent que la méthanogenèse pourrait expliquer une partie des excursions isotopiques positives observées au cours du Précambrien.

Le ?15N des particules en suspension dans la partie supérieure de la colonne d’eau est proche de 7 ‰ et pourrait être expliqué par un enrichissement en 15N lié à des processus de conversion de l’azote inorganique dissous en N2/N2O et/ou de dégazage de NH3 vers l’atmosphère. Quand la colonne d’eau se stratifie, le ?15N des particules en suspension augmente sous la chemocline jusqu'à des valeurs de 13 ‰, qui correspondent à ce qui est enregistré par les sédiments superficiels. La dégradation des cyanobactéries et/ou l’assimilation d’ammonium enrichi en 15N par rapport à l’ammoniaque pourraient expliquer cette augmentation.

Enfin les ?34S des sulfates (34 ‰) et des sulfures (38 ‰) dans la colonne d’eau sont très positifs comparé à l’eau de mer (21 ‰) qui serait à l’origine des eaux du lac. Au vu des faibles teneur en soufre du lac (3 mM), cet enrichissement isotopique s’explique par de la réduction bactérienne des sulfates couplée à l’enfouissement de sulfures dans le sédiments. Le fait que les valeurs de ?34S soient plus négatives pour les sulfates que pour les sulfures s’expliquerait par la réoxydation des sulfures en sulfates dans un contexte pauvre en sulfates.

Abstract

During Precambrian time, secular variations of ?13C, ?15N and ?34S show several important isotopic features. These are interpreted as major perturbations of their biogeochemical cycles (C, N and S), the nature of which remains highly debated. Studying current systems presenting analogies with Precambrian paleoenvironments can provide information to facilitate the interpretation of ?13C, ?15N and ?34S in the sedimentary record.

This work is focused on the Dziani Dzaha lake (Mayotte, Indian Ocean), which is considered to be a new modern analogue of some Precambrian environments. ?13C, ?15N and to a lesser extent ?34S were measured in water column, suspended particles and sediments. The ?13CDIC in the water column shows a mean value of +12 ‰, which is interpreted as the result of methane degassing into the atmosphere. These results suggest that methanogenesis may explain some of the positive isotope excursions observed during the Precambrian period.

The ?15N of suspended particles in the upper part of the water column is close to 7 ‰ and a trend towards more positive values is observed seasonally with depth (close to 13 ‰). In addition, surface sediments appear to record only the most positive isotopic signatures, ranging from 10 to 12 ‰. The ?15N close to 7 ‰ can be explained by a 15N enrichment due to processes such as conversion of dissolved inorganic nitrogen to N2/N2O and/or NH3 degassing into the atmosphere. The seasonal ?15N increase with depth appears to be linked with the degradation of primary producers biomass and the assimilation of 15N-enriched nitrogen in the newly formed biomass.

Finally, the ?34S values of sulfates (34 ‰) and sulfides (38 ‰) in the water column are very positive compared to seawater (21 ‰), sulfides being slightly more 34S-enriched than sulfates. Because the lake waters are sulfur poor (3 mM) while originating from sulfate-rich seawater (23 mM), their ?34S values are best explained by bacterial sulfate reduction and sulfide burial in the sediments. The more positive ?34S values in sulfide compared to sulfate at the time of sampling is best explained by sulfate production by sulfide oxidation in a sulfate poor context.