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Alteration of the volcanic island of Mayotte (Comoros) : approaches by water geochemistry and silicon isotopes on rock weathering profiles
No full textDans cette étude, nous cherchons à dresser le bilan de l’altération à l’échelle de l’île de Mayotte (en surface et en souterrain), à contraindre l’impact des facteurs de contrôle dominant l’altération, puis à caractériser les processus impliqués dans les fractionnements des isotopes du silicium à l’échelle du profil d’altération.Deux campagnes d’échantillonnage incluant des eaux de rivières et des eaux souterraines ont été réalisées en saison humide et sèche, complétées par le prélèvement mensuel de 5 rivières. La prise en compte des crues (3 % de l’année) dans le calcul des taux d’altération moyens annuels en rivière a entraîné une augmentation de ≈32 % du bilan annuel. Le taux d’altération chimique global de l’île de Mayotte s’élève à 94 t/km²/an (81 t/km²/an en surface & 131 t/km²/an en souterrain). Nos résultats mettent en avant le rôle prépondérant des écoulements souterrains dans le transport de matériel dissous directement à l’océan. La contribution du domaine souterrain au bilan de l’altération diminue avec l’âge des formations, soulignant l’implication de l’âge des roches du bassin versant comme paramètre clé dans le contrôle des taux d’altération.Les isotopes du Si ont été analysés sur des roches totales le long de profils d’altération associés à différentes conditions d'altération du régolite : météorique (basse température) ou hydrothermale (haute température). À l’échelle du profil, les deux types de régimes ont montré un appauvrissement en 30Si en fonction du degré d’altération. À l’échelle du minéral, le fractionnement des isotopes du Si s’est révélé plus négatif pendant la précipitation de kaolinite secondaire à haute température qu’à basse température.In this study, we seek to establish the weathering budget at the scale of the island of Mayotte (rivers and groundwater), to constrain the impact of dominant control factors to the weathering both locally and at a global scale, and then to characterize the processes involved in the fractionation of silicon isotopes across the weathering profile.Two field campaigns, in order to sample river water and groundwater, were carried out during wet and dry season, supplemented by the monthly monitoring of 5 rivers. By taking account of river floods (3% of the year) in the calculation of average annual weathering rates in the river has increased the annual weathering budget by ≈32%. The overall rate of Mayotte Island chemical weathering is 94 t/km²/yr (81 t/km²/yr from surface & 131 t/km²/yr from underground). Our results highlight the important role of groundwater flow to the dissolved material export directly to the ocean. The contribution of groundwater to the weathering budget decreases with the age of the geological formations, highlighting the involvement of the age of the rocks of the watershed as a key parameter in the weathering rates control.Si isotopes were analyzed for whole rock along two weathering profiles associated with different alteration conditions of the regolith: meteoric (low temperature) or hydrothermal (high temperature). At the weathering profile scale, the two types of alteration regimes showed 30Si depletion as a function of the degree of weathering. At the mineral scale, Si isotope fractionation was more negative during the secondary kaolinite precipitation at high temperatures than at low temperatures
Evolution of carbon dynamics from a Mediterranean arenosol by a forest to vineyard land use change, from the metre to the hundred nanometre scale
No full textLa restauration de la qualité des sols après une mise en culture nécessite une meilleure compréhension de la dynamique du carbone (C). L’objectif de cette thèse était donc d’évaluer l’impact d’une transition de la forêt vers la vigne sur la dynamique du C des sols, de l’échelle du m à la centaine de nm. Les variations des stocks de C et leur dynamique ont été quantifiées dans une paire d’arénosols méditerranéens adjacents (80 cm de profondeur, transition > 100 ans). La quantification de C, N et du 14C (bulk et 4 fractions de sol) ont révélé une diminution drastique du stock de C sur l’ensemble du profil lors de la transition (-94% sur le 0-30 cm), ainsi qu’une redistribution verticale et horizontale du C par le labour profond. A l’inverse, le labour a sélectionné pour toutes les fractions des pools de C stables, dont l’âge augmente avec la diminution de la taille de la fraction. Le C restant après la mise en culture, contenu principalement dans la fraction 100 years ago). Quantification of C, N and 14C (bulk and 4 soil fractions) revealed a drastic decrease of the C stock over the entire (-94% in the 0-30 cm) after long-term grape cultivation, accompanied by both vertically and horizontally redistribution of the remaining C, due to deep ploughing. In contrast, ploughing selected stable C pools for all fractions, whose age increased with decreasing fraction size. The remaining C after cultivation, contained mainly in the < 2 µm fraction, was old, stabilized and mainly of microbial origin. SEM observations of the forest soil revealed that OM in this fraction was extracellular polymers or EPS (nanotubules never before imaged in this way) and organo-mineral interactions in the form of co-precipitation and adsorption. It is possible that stabilised EPS is the remaining form of OM after cultivation. The adoption of stocking practices would allow the initial C stock to be recovered in about 100 years, which is in line with the 4p1000 initiative. All this knowledge contributes to enhance the effectiveness of agro-ecological methods for storing
Si stable isotopes in the Earth's surface : a review
No full textSilicon (Si) is the second most abundant element on Earth after oxygen. Only few studies have attempted to use stable isotopes of Si as proxies for understanding the Si cycle and its variations in the past. By using three different methods (IRMS, MC-ICP-MS and SIMS), the overall measurements show that the isotopic composition (delta Si-30) of terrestrial samples ranges from -5.7 parts per thousand to +3.4 parts per thousand. Dissolved Si in rivers and seawater is Si-30-enriched (-0.8 parts per thousand < delta Si-30 < +3.4 parts per thousand) compared to Si in endogeneous rocks (-1.1 parts per thousand < delta Si-30 < +0.7 parts per thousand). This global enrichment is counterbalanced by the Si-bearing phases (biogenic silica, clays, quartz) where Si is, in average, Si-30-depleted (-5.7 parts per thousand < delta Si-30 < +2.6 parts per thousand). These values are the result of fractionation which have been measured or estimated from -0.3 parts per thousand to -3.8 parts per thousand. The fractionation is modeled by two types of approaches: the Rayleigh distillation model (closed system) and the steady-state model (open system). These models have been used in the most recent studies to explain the observed delta Si-30 variations in continental environments and in the sub-Antarctic Ocean. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved
C storage in soils : dynamics of organic matter in interaction with soil nanophases
No full textMaintenir le taux de matières organiques des sols - et donc de C - est un enjeu pour la sécurité alimentaire et le climat. La stabilisation du C des sols est principalement assurée par l’association entre matières organiques et phases minérales. Cette association peut être réalisée par un mécanisme quantitativement important de coprécipitation qui lie les composés organiques avec des éléments issus de l’altération minérale (principalement Fe, Si, Al). Les coprécipités, ayant des éléments inorganiques amorphes, sont nommées nanoCLICs (Nanosized Coprecipitates of inorganic oLIgomers with organiCs). La caractérisation des mécanismes contrôlant la dynamique de formation, le maintien ou la déstabilisation des nanoCLICs est incomplète à ce jour. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de caractériser ces mécanismes dans les situations de stockage et de déstockage de C, en couplant des approches de chimiométrie, isotopie, microscopie électronique, spectroscopie X et respirométrie. Dans le cas d’une transition forêt-culture d’un andosol, les nanoCLICs sont déstructurés, expliquant une fraction importante de la perte en C. A l’inverse, en situation de gain de C, l’apport de fertilisants organiques ne semble pas promouvoir la coprécipitation de nanoCLICs. L’imagerie aux échelles fines montrent que la nature et la structure des nanoCLICs est caractérisée par un mélange aux proportions variables de C, Al, Si (et Fe dans une moindre mesure) jusqu’aux résolutions de 10 nm. Enfin, les nanoCLICs mis en interaction avec le vivant montrent que le C y est majoritairement protégé de la minéralisation microbienne, mais la simulation d’injection d’exsudats racinaires tend à le déstabiliser.Maintaining organic matter content in soils - and hence C content - is essential to global food security and to mitigating the effects of climate change. Soil C stabilization is mainly provided by the association between organic matter and mineral phases. This association can be achieved by a quantitatively important mechanism of co-precipitation that binds organic compounds with elements derived from mineral weathering (mainly Fe, Si, Al). The coprecipitates, having amorphous inorganic elements, are named nanoCLICs (Nanosized Coprecipitates of inorganic oLIgomers with organiCs). The characterization of the mechanisms controlling the dynamics of formation, maintenance, or destabilization of nanoCLICs is incomplete to date. Thus, the objective of this thesis is to characterize these mechanisms in a context of C storage and destabilization, by coupling chemometrics, isotopy, electron microscopy, X-ray spectroscopy and respirometry approaches. In the case of a forest-to-crop transition in an andosol, the nanoCLICs are disrupted, explaining a significant part of the C loss. Conversely, in a C gain situation, organic fertilizer input does not appear to promote coprecipitation of nanoCLICs. Fine scale imaging shows that the nature and structure of nanoCLICs is characterized by a mixture of variable proportions of C, Al, Si (and Fe to a lesser extent) down to 10 nm resolutions. Finally, nanoCLICs interacting with living organisms show that C is mostly protected from microbial mineralization, but the simulation of root exudates additions tends to destabilize it
Organomineral interactions: Zoom at nanoscale using EXAFS and MET-EELS
No full textInternational audienc
Géochimie et processus en environnements de surface : poussières éoliennes, systèmes d'altération et sols
No full textOrigine des aérosols volcaniques et continentaux de la carotte de glace de Vostok (Antarctique)
No full textDéposés en Antarctique de l'Est au cours des 4 derniers cycles climatiques, les aérosols volcaniques (5-50 )um) et continentaux (2-3 )um) de la carotte de Vostok constituent des traceurs de circulations atmosphériques passées. Pour reconstruire leurs trajectoires troposphériques, il est nécessaire d'identifier les sources (volcans ou régions désertiques) à l'origine des émissions des cendres et des poussières continentales. Pour cela, on compare les caractéristiques géochimiques des aérosols avec les caractéristiques des sources potentielles répertoriées. Ces analyses reposent sur les concentrations en éléments majeurs (obtenues par microsonde électronique), en éléments traces (ICPMS), et sur les compositions isotopiques en Strontium et Néodyme (TIMS). Nous avons dû adapter ces méthodes analytiques à la petite taille des aérosols et à leur très faible quantité. Les caractéristiques géochimiques des volcans sources potentiels (latitude>30oS, activité<-500 ka) sont basées sur une synthèse bibliographique. On montre que les cendres des horizons volcaniques analysés proviennent essentiellement de l'arc volcanique des îles Sandwichs (situé dans l'Atlantique Sud, à 5000 km), mais aussi d'Antarctique de l'Ouest et d'Amérique du Sud. De plus, certains horizons peuvent être utilisés comme marqueurs stratigraphiques pour dater (e.g. 141 ka) et corréler les carottes. Les caractéristiques isotopiques (Sr et Nd) des régions désertiques d'Afrique du Sud, d'Australie, du Sud de l'Amérique du Sud, d'Antarctique et de Nouvelle Zélande sont mesurées sur des échantillons prélevés in situ. On remarque qu'il est nécessaire d'utiliser, pour la comparaison avec les aérosols, la fraction granulométrique inférieure à 5 um. Il est ainsi montré que les poussières continentales déposées à Vostok au cours des 4 derniers cycles climatiques proviennent de la Patagonie en période interglaciaire (flux -1,5 mg/m2/an) comme en période glaciaire (flux -20 mg/m2/an). Une partie de cette augmentation de flux peut être expliquée par la présence de vastes épandages de particules détritiques fluvio-glaciaires qui recouvrent, en période glaciaire, la Patagonie et le plateau continental argentin émergé. L'ensemble des sources des aérosols volcaniques et continentaux est donc localisé, quelle que soit la période climatique, dans une région située du côté Atlantique de l'Antarctique, aux moyennes et hautes latitudes. Le transport des particules semble quant à lui être assuré par un courant d'ouest circumpolaire convergent versl'Antarctique. Ce travail montre donc que, à partir des aérosols volcaniques et continentaux, on peut obtenir des paléo-informations dynamiques qui, au travers des corrélations, des datations, ou des modèles de circulation atmosphérique globaux, seront utiles aux reconstitutions des climats du passé.pas de résum
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Reviews and syntheses: The mechanisms underlying carbon storage in soil
No full textInternational audienceScientific research in the 21st century has considerably improved our knowledge of soil organic matter and its dynamics, particularly under the pressure of the global disruption of the carbon cycle. This paper reviews the processes that control C dynamics in soil, the representation of these processes over time, and their dependence on variations in major biotic and abiotic factors. The most recent advances in soil organic matter knowledge are: – Most organic matter is composed of small molecules, derived from living organisms, without transformation via additional abiotic organic polymerization. – Microbial compounds are predominant in the long term. – Primary belowground production contributes more to organic matter than aboveground inputs. – Contribution of less biodegradable compounds to soil organic matter is low in the long term. – Two major factors determine the soil organic carbon production yield from the initial substrates: the yield of carbon used by microorganisms and the association with minerals, particularly poorly crystallized minerals, which stabilize microbial compounds. – Interactions between plants and microorganisms and between microbial communities affect or even regulate carbon residence times, and therefore carbon stocks. Farming practices therefore affect soil C stocks not only through carbon inputs but also via their effect on microbial and organomineral interactions
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