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Vers un meilleur déchiffrage des paléoclimats dans l’archive sédimentaire

Les microfossiles de calcite préservés dans les sédiments sont largement utilisés pour reconstituer les conditions océanographiques et les climats de la Terre dans le passé. L'analyse de leur composition chimique, et plus particulièrement isotopique, permet de retrouver certaines des conditions (de température, d'acidité, de concentration de CO2 dissous) dans lesquelles vivaient les microorganismes qui ont produits ces biominéraux.

Vers un meilleur déchiffrage des paléoclimats dans l’archive sédimentaire

Vue en microscopie électronique à balayage de deux coccosphères d'algues unicellulaires

Date de publication : 28/02/2017

Presse, Recherche

Thèmes liés : Origines

Les coccolithes sont des disques calcaires de quelques micromètres de diamètre et produits par un groupe d’algues unicellulaires vivant à la surface des océans : les coccolithophoridés. Ces coccolithes forment une part importante, voire dominante, des sédiments marins depuis le Jurassique. Cependant, ils ne sont que très peu utilisés pour ces paléo-reconstructions du fait de leur petite taille, à l’inverse des foraminifères qu’il est possible de séparer sous la loupe binoculaire. Un autre problème majeur dans l’utilisation des coccolithes en paléocéanographie repose sur l’empreinte biologique (ou effet vital) qui distord la composition géochimique de la calcite et empêche d’accèder aux conditions environnementales recherchées. Des travaux précédents ont reliés empiriquement l’expression de l’effet vital à la vitesse de croissance de l’algue qui est elle-même reliée à la concentration de CO2 disponible dans le milieu.

Dans un article publié récemment dans la revue Nature Communications, une équipe internationale composée de chercheurs de l’Université d’Oxford, de l’Université de Washington à Saint-Louis, de l’Institut de Physique du Globe de Paris et du Plymouth Marine Laboratory est parvenue à modéliser les flux de carbone entrant et sortant dans des cellules de coccolithophoridés cultivées en laboratoire, et de formaliser bionumériquement la composition isotopique en carbone (δ13C) de la calcite produite en fonction des paramètres environnements, mais également les échanges intracellulaires de carbone et le partitionnement du CO2 entre le chloroplaste pour réaliser la photosynthèse et la vésicule de calcification pour permettre la biominéralisation.

Vue en microscopie électronique à balayage de deux coccosphères d'algues unicellulaires mises en culture pour cette étude : Coccolithus pelagicus ssp. braarudii (à gauche) et Gephyrocapsa oceanica (à droite).

Ce nouveau modèle mathématique, et la compréhension des effets vitaux qu’il permet, ouvrent la voie à l’étude d’une importante composante de l’archive sédimentaire qui reste pour l’heure largement sous-exploitée. La mesure des δ13C des coccolithes sédimentaires qu’il est possible de microséparer permettra à terme, en intégrant ces contraintes biogéochimiques, de remonter à la concentration en CO2 dissous de l’océan et de l’atmosphère au moment de la formation du biominéral, et ainsi d’améliorer encore notre boite à outil paléocénographique.

 

Réf : H.L.O.M. McClelland, J. Bruggeman, M. Hermoso, R.E.M. Rickaby, The origin of carbon isotope vital effects in coccolith calcite : www.nature.com/articles/ncomms14511

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