Improved Decadal Predictions of North Atlantic Subpolar Gyre SST in CMIP6
Due to its wide‐ranging impacts, predicting decadal variations of sea surface temperature (SST) in the subpolar North Atlantic remains a key goal of climate science. Here, we compare the representation of observed subpolar SST variations since 1960 in initialized and uninitialized historical simulations from the 5th and 6th phases of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5/6). Initialized decadal hindcasts from CMIP6 explain 88% of observed SST variance post‐1980 in the subpolar gyre at lead years 5–7 (77% in uninitialized simulations) compared to 42% (8%) in CMIP5, indicating a more prominent role for forcing in driving observed subpolar SST changes than previously thought. Analysis of single‐forcing experiments suggests much of this correlation is due to natural forcing, explaining ∼55% of the observed variance. The amplitude of observed subpolar SST variations is underestimated in historical simulations and improved by initialization in CMIP6, indicating continued value of initialization for predicting North Atlantic SST.
(Geophysical Research Letters. vol. 48, n° 0094-8276, pp. e2020GL091307, 28/01/2021)
LOCEAN-VARCLIM, LOCEAN, MNHN, IRD, INSU - CNRS, SU, CNRS, IPSL (FR_636), ENS-PSL, UVSQ, CEA, INSU - CNRS, X, CNES, SU, CNRS, UPCité, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Climate Control of Multidecadal Variability in River Discharge and Precipitation in Western Europe
(Water. vol. 13, n° 2073-4441, pp. 257, 21/01/2021)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Chemicals sorbed to environmental microplastics are toxic to early life stages of aquatic organisms
Microplastics are ubiquitous in aquatic ecosystems, but little information is currently available on the dangers and risks to living organisms. In order to assess the ecotoxicity of environmental microplastics (MPs), samples were collected from the beaches of two islands in the Guadeloupe archipelago, Petit-Bourg (PB) located on the main island of Guadeloupe and Marie-Galante (MG) on the second island of the archipelago. These samples have a similar polymer composition with mainly polyethylene (PE) and polypropylene (PP). However, these two samples are very dissimilar with regard to their contamination profile and their toxicity. MPs from MG contain more lead, cadmium and organochlorine compounds while those from PB have higher levels of copper, zinc and hydrocarbons. The leachates of these two samples of MPs induced sublethal effects on the growth of sea urchins and on the pulsation frequency of jellyfish ephyrae but not on the development of zebrafish embryos. The toxic effects are much more marked for samples from the PB site than those from the MG site. This work demonstrates that MPs can contain high levels of potentially bioavailable toxic substances that may represent a significant ecotoxicological risk, particularly for the early life stages of aquatic animals.
(Ecotoxicology and Environmental Safety. vol. 208, n° 0147-6513, pp. 111665, 15/01/2021)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, IAS, CNR, IPREM, UPPA, INC-CNRS, CNRS, BOREA, UNICAEN, NU, MNHN, IRD, SU, CNRS, UA, IMMM, UM, INC-CNRS, CNRS, GABI, INRAE, LSEA MARBEC, UMR MARBEC, IRD, IFREMER, UM, CNRS
Morphologie, architecture et mise en place d’un système carbonaté profond alimenté par un canyon
L’analyse de la morphobathymétrie, de la réflectivité acoustique et de la sismique haute et très haute résolution des données acquises lors des campagnes océanographiques Carambar (2010 – 2017) a permis d’obtenir une vue d'ensemble de la morphologie et des processus de transferts sédimentaires, de la pente supérieure à la plaine abyssale d'un système carbonaté moderne : la pente nord-est du Little Bahama Bank (LBB). Ces travaux viennent compléter les résultats de Tournadour (2015), Chabaud (2016), et Fauquembergue (2018), notamment sur l’architecture profonde de ce système. La distribution spatiale des échofaciès et des faciès de réflectivité acoustique montrent une grande variété de structures, témoignant de l’activité de nombreux processus sédimentaires le long de la pente du LBB. Elle montre notamment l’existence d’une subsidence différentielle entre la partie orientale et occidentale du LBB. Les profils sismiques haute-résolution fournissent de nouveaux indices sur l'origine du Great Abaco Canyon, canyon carbonaté d'une profondeur inhabituelle. Des failles de direction N110, apparentées à la Great Abaco Fracture Zone, indiquent un contrôle structural sur l'emplacement du Great Abaco Canyon et sa physiographie actuelle. Ces structures suggèrent une réactivation néogène du réseau de failles pendant la croissance de la plate-forme, contrastant avec le calme tectonique apparent de la région décrit jusqu’alors. Le complexe chenal-lobe, sans expression bathymétrique, à l’embouchure du Great Abaco Canyon, montre qu’une période exceptionnelle d'exports gravitaires a largement contribué à l’activité du canyon au Miocène supérieur. L'architecture sismique du Blake Plateau montre une succession de faciès sismiques bien définis, séparés par des réflexions de grande amplitude interprétées comme des drifts contouritiques. La morphologie de ces drifts souligne l'apparition d'un courant oligo-miocène, s'écoulant vers le nord le long du bord du Blake Bahama Escarpment et à travers le Blake Plateau. Des monts carbonatés d’eaux froides, associés soit aux échappements de fluides, soit aux courants situés dans les paléo-dépressions topographiques, permettent de définir deux origines pour ces monts : les bioherms (type 1 & 2) et les chemoherms (type 3). L'association stratigraphique des monts avec les surfaces d'érosion est révélatrice des changements à grande échelle des courants de fond dans la zone.
(12/01/2021)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Comparison of benthic oxygen exchange measured by aquatic Eddy Covariance and Benthic Chambers in two contrasting coastal biotopes (Bay of Brest, France)
To the best of our knowledge, the understanding of benthic metabolism of coastal sedimentary areas is still limited due to the complexity of determining their true in situ dynamics over large spatial and temporal scales. Multidisciplinary methodological approaches are then necessary to increase our comprehension of factors controlling benthic processes and fluxes. An aquatic Eddy Covariance (EC) system and Benthic Chambers (BC) were simultaneously deployed during the winter of 2013 in the Bay of Brest within a Maerl bed and a bare mudflat to quantify and compare exchange at the sediment–water interface. Environmental abiotic parameters (i.e., light, temperature, salinity, current velocity and water depth) were additionally monitored to better understand the mechanisms driving benthic exchange. At both sites, EC measurements showed short-term variations (i.e. 15 min) in benthic fluxes according to environmental conditions. At the Maerl station, EC fluxes ranged from -21.0 mmol m−2 d−1 to 71.3 mmol m−2 d−1 and averaged 22.0 ± 32.7 mmol m−2 d−1 (mean SD), whilst at the bare muddy station, EC fluxes ranged from -43.1 mmol m−2 d−1 to 12.1 mmol m−2 d−1 and averaged -15.9 ± 14.0 mmol m−2 d−1 (mean SD) during the total deployment. Eddy Covariance and Benthic Chambers measurements showed similar patterns of temporal flux changes at both sites. However, at the Maerl station, BC may have underestimated community respiration. This may be due to the relative large size of the EC footprint (compared to BC), which takes into account the mesoscale spatial heterogeneity (e.g. may have included contributions from bare sediment patches). Also, we hypothesize that the influence of bioturbation induced by large-sized mobile benthic fauna on sediment oxygen consumption was not fully captured by BC compared to EC. Overall, the results of the present study highlight the importance of taking into account specific methodology limitations with respect to sediment spatial macro-heterogeneity and short-term variations of environmental parameters to accurately assess benthic exchange in the various benthic ecosystems of the coastal zone.
(Regional Studies in Marine Science. vol. 43, n° 2352-4855, pp. 101668, 10/01/2021)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LEMAR, IRD, IFREMER, UBO EPE, CNRS, CHROME, UNIMES, NIOZ
La Falémé au cours du quaternaire récent : analyse paléoenvironnementale d’un espace soudanien riche en vestiges archéologiques en Afrique de l’Ouest
En Afrique de l’Ouest, la connaissance des évolutions paléoenvironnementales a longtemps progressé grâce aux études de carottes océaniques et lacustres. Les hydrosystèmes fluviaux en domaine soudano-sahélien , à la fois mal répartis dans l’espace et très convoités par les populations, ont fait l’objet de peu d’études. Ces recherches de thèse se proposent donc d’étudier la basse vallée de la Falémé, un affluent du fleuve Sénégal qui borde la frontière sénégalo-malienne. La méthodologie repose sur l’étude géomorphologique d’un tronçon d’environ 33 km, ainsi que sur des analyses sédimentologiques mêlant des approches classiques comme la granulométrie mais également des analyses moins exploitées comme la morphoscopie et l’exoscopie des quartz. L’étude des minéraux lourds, de la fraction argileuse (DRX) ainsi que des analyses géochimiques (XFR et ICP-MS) ont également été testées. L’ensemble des résultats permettent de confirmer et d’affiner le cadre chronostratigraphique de la basse vallée de la Falémé depuis environ 40 000 ans. Ils mettent en avant plusieurs éléments: (1) Les métamorphoses du système fluvial offrent une bonne corrélation avec les grandes oscillations climatiques plurimillénaires attestées au Pléistocène supérieur, mais également avec les fluctuations Holocène de moindre amplitude. (2) Cela confirme la grande sensibilité des hydrosystèmes soudano-sahélien aux changements climatiques, et le potentiel de leurs enregistrements paléoclimatiques. (3) En termes méthodologiques, l’étude morphoscopique des quartz paraît justifiée pour tenter de mieux mesurer et caractériser les apports éoliens.
(08/01/2021)
LGP, UP1, UPEC UP12, CNRS
Dynamique des éléments traces métalliques à l’interface ville-estuaire : métaux classiques et terres rares.
La lutte contre les micropolluants métalliques urbains représente un enjeu véritablement majeur et complexe, en particulier dans les zones côtières, du fait d’une urbanisation croissante et de l’émission de formes émergentes de contaminants métalliques comme les Terres Rares. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet REGARD et vise à comprendre la dynamique des ETM classiques et des Terres Rares dans la Jalle, principale rivière urbaine drainant l’agglomération bordelaise, et à évaluer son influence sur l’estuaire de la Gironde, après avoir caractérisé deux sources urbaines majeures : les eaux usées domestiques et les eaux pluviales drainant la rocade bordelaise. Du fait, de son utilisation comme agent de contraste pour les IRM et de son faible abattement dans les STEU, le gadolinium (Gd) est un excellent traceur de la source urbaine domestique/hospitalière dans la Jalle. Avec des rejets estimés à 27 kg.an-1 (23 mg.hab-1.an-1) de Gdantrh dissous, la Métropole de Bordeaux contribue à près de 25% de Gd exporté par la Garonne dans l’estuaire de la Gironde. Ces flux ont probablement évolué comme ceux de la Garonne en amont de Bordeaux qui ont doublé au cours des deux dernières décennies (2003 : 32 kg.an-1; 2017: 75 kg.an-1) du fait de la multiplication des IRM sur le bassin. L’analyse à haute fréquence d’un évènement orageux estival a démontré que les eaux pluviales pouvaient contribuer entre 5% (Sr) et 40% (Cu) pour les ETM dissous et 30% (As) et 88% (Cu) pour les ETM particulaires aux flux exportés par la Jalle. Les premières quarante minutes de cet évènement ont nécessité d’être caractérisées avec précision du fait d’un effet « first flush » qui a lessivé les poussières de route et évacué vers le milieu naturel 65% du flux de MES (et d’ETM associés) en 17% du temps. Si les flux de Cu et Zn provenant du collecteur de la rocade ont une contribution significative pour la Jalle, ils ne sont pas de bons traceurs de la source autoroutière en raison de leurs usages ubiquistes. Bien que les anomalies restent encore faibles, le cérium pourrait devenir un futur bon traceur de cette source avec la généralisation des convertisseurs catalytiques. A l’échelle annuelle, la qualité des eaux de la Jalle apparaît majoritairement contrôlée par des sources naturelles, en particulier le lessivage de podzosols localisés en amont, permettant d’expliquer à eux seuls les flux annuels en Ald (96%) et en REE dissoutes (96%-99%) transitant à l’exutoire de la Jalle. La source domestique, via les rejets de la STEU, apparaît comme une source de pollution chronique pour la Jalle pour plusieurs ETM dissous (e.g. Nid, Snd, Cud, Agd et Gdd) avec une importance accrue en étiage du fait d’une moindre dilution. A l’inverse, la source autoroutière influence la Jalle de manière plus ponctuelle avec des apports en Cu, Zn et Sb dissous et particulaires lors d‘évènements pluviaux. En raison de l’augmentation de la population et de l’urbanisation croissante, il apparaît nécessaire de poursuivre des travaux sur le cycle des ETM dans les grandes métropoles estuariennes afin de réduire leur dispersion d’améliorer la qualité des écosystèmes récepteurs et pour développer des techniques de récupération et recyclage des ETM, face à des difficultés d’approvisionnement.
(07/01/2021)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Mid-Holocene Antarctic sea-ice increase driven by marine ice sheet retreat
Over recent decades Antarctic sea-ice extent has increased, alongside widespread ice shelf thinning and freshening of waters along the Antarctic margin. In contrast, Earth system models generally simulate a decrease in sea ice. Circulation of water masses beneath large-cavity ice shelves is not included in current Earth System models and may be a driver of this phenomena. We examine a Holocene sediment core off East Antarctica that records the Neoglacial transition, the last major baseline shift of Antarctic sea ice, and part of a late-Holocene global cooling trend. We provide a multiproxy record of Holocene glacial meltwater input, sediment transport, and sea-ice variability. Our record, supported by high-resolution ocean modelling, shows that a rapid Antarctic sea-ice increase during the mid-Holocene (∼ 4.5 ka) occurred against a backdrop of increasing glacial meltwater input and gradual climate warming. We suggest that mid-Holocene ice shelf cavity expansion led to cooling of surface waters and sea-ice growth that slowed basal ice shelf melting. Incorporating this feedback mechanism into global climate models will be important for future projections of Antarctic changes.
(Climate of the Past. vol. 17, n° 1814-9324, pp. 1 - 19, 05/01/2021)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
La pollution plastique en estuaire de Seine : imprégnation environnementale, dynamique et impact sur le vivant
Le fascicule 3.7 « La pollution plastique en estuaire de Seine : dynamique, imprégnation environnementale et impact sur le vivant » propose une synthèse des travaux scientifiques menés ces dernières années sur la pollution micro et macroplastiques de l'estuaire de la Seine et une mise en perspective vis-à-vis d'autres acquisitions de données. Il s'attache à répondre aux questionnements suivants : Quelle est le niveau de pollution plastique, des larges débris jusqu'aux microplastiques, dans les différents compartiments environnementaux de l'estuaire de la Seine, à savoir les berges, la colonne d'eau, les fonds sédimentaires et les organismes aquatiques ? Quelles sont les dynamiques qui régissent le comportement des débris plastiques dans l'estuaire de la seine ? Quels sont les impacts des débris plastiques sur la faune aquatique de l'estuaire de la Seine ?
(pp. 52 p, 01/01/2021)
GIP-Seine-Aval, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, GERS-LEE, LERN, COAST, IFREMER, LEESU, ENPC, UPEC UP12
Significance of active speleothem δ18O at annual-decadal timescale——A case study from monitoring in Furong Cave
Stalagmites are the product of the combined effects of the surface environment and the cave environment, and their stable carbon and oxygen isotope ratios (δ18O and δ13C) have been widely used as proxies for palaeoclimatic and palaeoenvironmental reconstructions. Modern cave monitoring is essential for the accurate interpretation of multiple-proxies in stalagmites. However, the interpretation of the climatic and environmental signals indicated by the carbon and oxygen stable isotopes in stalagmites remains controversial. Based on the ongoing monitoring work of Furong Cave in Southwest China over 12 years (2008-2019 AD) involving a combination of field monitoring and experimental data, the following conclusions were drawn. (1) On the interannual scale, the isotopic fractionation of oxygen in active speleothems (AS) exhibits equilibrium fractionation. On the seasonal scale, the crystallization of a mixture of calcite and aragonite minerals is one of the reasons for the deviation of oxygen isotopic composition from the value expected under equilibrium fractionation. (2) There was a significantly positive correlation between δ18O and δ13C values in the AS, which may have been controlled by climate change rather than dynamic fractionation. (3) Mainly because of the mixing effect in the 300–500 m of bedrock overlying Furong Cave, the δ18O value of the drip water reflected the annual average δ18O value of precipitation. (4) The AS δ18O (δ18OAs) values over the 12-year monitoring records did not show significant seasonal variations but exhibited multiyear trend, which might reflect changes in the external atmospheric circulation and “amount effect” on decadal and longer timescales. Consequently, speleothem δ18O values in Furong Cave can be used for isotope-based palaeoclimate reconstruction.
(Applied Geochemistry. vol. 126, n° 0883-2927, pp. 104873, 01/01/2021)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS