Response of the carbon cycle in an intermediate complexity model to the different climate configurations of the last nine interglacials
Atmospheric CO2 levels during interglacials prior to the Mid-Brunhes Event (MBE, ∼ 430 ka BP) were around 40 ppm lower than after the MBE. The reasons for this difference remain unclear. A recent hypothesis proposed that changes in oceanic circulation, in response to different external forcings before and after the MBE, might have increased the ocean carbon storage in pre-MBE interglacials, thus lowering atmospheric CO2. Nevertheless, no quantitative estimate of this hypothesis has been produced up to now. Here we use an intermediate complexity model including the carbon cycle to evaluate the response of the carbon reservoirs in the atmosphere, ocean and land in response to the changes of orbital forcings, ice sheet configurations and atmospheric CO2 concentrations over the last nine interglacials. We show that the ocean takes up more carbon during pre-MBE interglacials in agreement with data, but the impact on atmospheric CO2 is limited to a few parts per million. Terrestrial biosphere is simulated to be less developed in pre-MBE interglacials, which reduces the storage of carbon on land and increases atmospheric CO2. Accounting for different simulated ice sheet extents modifies the vegetation cover and temperature, and thus the carbon reservoir distribution. Overall, atmospheric CO2 levels are lower during these pre-MBE simulated interglacials including all these effects, but the magnitude is still far too small. These results suggest a possible misrepresentation of some key processes in the model, such as the magnitude of ocean circulation changes, or the lack of crucial mechanisms or internal feedbacks, such as those related to permafrost, to fully account for the lower atmospheric CO2 concentrations during pre-MBE interglacials.
(Climate of the Past. vol. 14, n° 1814-9324, pp. 239 - 253, 02/03/2018)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, CLIM, LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA
High-Throughput DNA sequencing of ancient wood
Reconstructing the colonization and demographic dynamics that gave rise to extant forests is essential to forecasts of forest responses to environmental changes. Classical approaches to map how population of trees changed through space and time largely rely on pollen distribution patterns, with only a limited number of studies exploiting DNA molecules preserved in wooden tree archaeological and subfossil remains. Here, we advance such analyses by applying high-throughput (HTS) DNA sequencing to wood archaeological and subfossil material for the first time, using a comprehensive sample of 167 European white oak waterlogged remains spanning a large temporal (from 550 to 9,800 years) and geographical range across Europe. The successful characterization of the endogenous DNA and exogenous microbial DNA of 140 (~83%) samples helped the identification of environmental conditions favouring long-term DNA preservation in wood remains, and started to unveil the first trends in the DNA decay process in wood material. Additionally, the maternally inherited chloroplast haplotypes of 21 samples from three periods of forest human-induced use (Neolithic, Bronze Age and Middle Ages) were found to be consistent with those of modern populations growing in the same geographic areas. Our work paves the way for further studies aiming at using ancient DNA preserved in wood to reconstruct the micro-evolutionary response of trees to climate change and human forest management.
(Molecular Ecology. vol. 27, n° 0962-1083, pp. 1138-1154, 01/03/2018)
AMIS, UT3, Comue de Toulouse, CNRS, BioGeCo, INRA, UB, UCPH, CReAAH, UM, UR, UR2, CNRS, UFR HHAA, UN, MC, DRAC Normandie, MCC, MC, DRASSM, MC, EDYTEM, USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry], CNRS, Fédération OSUG, ARCHIMEDE, UNISTRA, Université de Haute-Alsace (UHA), MCC, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, DAI, UAB, CSIC, UBM, CNRS
Carbon dioxide degassing at the groundwater-stream-atmosphere interface: isotopic equilibration and hydrological mass balance in a sandy watershed
(Journal of Hydrology. vol. 558, n° 0022-1694, pp. 129-143, 01/03/2018)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Dynamics of particulate organic matter composition in coastal systems: Forcing of spatio-temporal variability at multi-systems scale
In costal systems, particulate organic matter (POM) results from a multiplicity of sources having their respective dynamics in terms of production, decomposition, transport and burial. The POM pool experiences thus considerable spatial and temporal variability. In order to better understand this variability, the present study employs statistical multivariate analyses to investigate links between POM composition and environmental forcings for a panel of twelve coastal systems distributed along the three maritime regions of France and monitored weekly to monthly for 1 to 8 years.At multi-system scale, two main gradients of POC composition have been identified: a 'Continent-Ocean' gradient associated with hydrodynamics, sedimentary dynamics and depth of the water column, and a gradient of trophic status related to nutrient availability. At local scale, seasonality of POC composition appears to be station-specific but still related to part of the above-mentioned forcings. A typology of systems was established by coupling spatial and temporal variability of POC composition. Four groups were highlighted: (1) the estuarine stations where POC composition is dominated by terrestrial POM and driven by hydrodynamics and sedimentary processes, (2) the oligotrophic systems, characterized by the contribution of diazotrophs due to low nutrient availability, and the marine meso/eutroph systems whose POC composition is (3) either deeply dominated by phytoplankton or (4) dominated by phytoplankton but where the contribution of continental and benthic POC is not negligible and is driven by hydrodynamics, sedimentary processes and the height of the water column.Finally, the present study provides several insights into the different forcings to POM composition and dynamics in temperate coastal systems at local and multi-system scales. This work also presents a methodological approach that establishes statistical links between forcings and POM composition, helping to gain more objectively insight of forcings.
(Progress in Oceanography. vol. 162, n° 0079-6611, pp. 271-289, 01/03/2018)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, DYNECO, IFREMER, CRESCO, MNHN, IFREMER, CRESCO, MNHN, IFREMER, LIENSs, INSU - CNRS, ULR, CNRS, CHIM, AD2M, SU, CNRS, SBR, SU, CNRS, LOG, INSU - CNRS, ULCO, CNRS, IRD [Ile-de-France], ULCO, LOMIC, OOB, UPMC, CNRS, UPMC, CNRS, SBR, SU, CNRS, FR2424, SBR, SU, CNRS, BOREA, UNICAEN, NU, MNHN, IRD, SU, CNRS, UA, LOV, INSU - CNRS, SU, CNRS, IMEV, INSU - CNRS, SU, CNRS, NutriNeuro, INRA, UB, IPREM, UPPA, INC-CNRS, CNRS, LEMAR, IRD, IFREMER, UBO EPE, CNRS, OASU, UB, INSU - CNRS, ULR, CNRS, INRAE, LOB, INSU - CNRS, CNRS, MIO, IRD, AMU, INSU - CNRS, UTLN, CNRS, CREC, UNICAEN, NU, AD2M, SU, CNRS, SBR, SU, CNRS
UV and IR Photochemistries of Malonaldehyde Trapped in Cryogenic Matrices
(Journal of Physical Chemistry A. vol. 122, n° 1089-5639, pp. 2376-2393, 20/02/2018)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, PIIM, AMU, CNRS, ETH Zürich
Etat de la qualité des eaux de l’estuaire de la Gironde : cas du cadmium et des butylétains
L’estuaire de la Gironde est affecté par une pollution polymétallique historique, dont la contamination persistante en cadmium (Cd) empêche une reprise complète et le développement de la conchyliculture girondine, avec un risque potentiel pour le 1er site ostréicole français (Marennes-Oléron). D’autre part, le suivi de l’état de la qualité chimique des masses d’eau, mis en place par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE) a déclassé en 2009 la masse d’eau « Gironde centrale » à cause de niveaux élevés en tributylétain (TBT), hautement toxique et interdit depuis plusieurs décennies, détecté dans l’estuaire de la Gironde.Ce travail se base sur 12 campagnes océanographiques comprenant un suivi temporel mensuel pendant l’année 2015 aux sites de surveillance DCE (PK52 et PK86), à PK 30 et 3 profils longitudinaux sur l’ensemble du gradient salin depuis Bordeaux jusqu’à l’embouchure. Les mesures in-situ et les échantillons visaient à caractériser l’état actuel de la qualité des eaux girondines pour Cd et butyl-étains dans le contexte historique de décontamination et de résilience du système fluvio-estuarien. Les résultats ont montré les plus faibles additions en Cd dissous (Cdd) dans le gradient salin depuis 2002, pour des conditions hydriques contrastées. Le développement de plusieurs méthodes de calcul a permis de montrer une diminution des flux nets de Cdd au cours des 30 dernières années d’un facteur ~10. Les concentrations en Cd particulaire (Cdp) présentent des valeurs de l’ordre de 0,45 ± 0,07 mg/kg ces 10 dernières années. Cette valeur est supérieure au bruit de fond géochimique de l’estuaire salin (0,2 mg/kg) suggérant la persistance d’un potentiel de contamination de la zone côtière par désorption. Des mesures ADCP à l’embouchure de l’estuaire couplées à des analyses géochimiques ont permis d’estimer quantitativement les flux nets en matières en suspension (MES) et Cdp pour des conditions hydrologiques extrêmes. La prise en compte de l’ensemble de résultats scientifiques (mesures et modélisation hydrosédimentaire) antérieures et l’analyse des évènements de crue et des coefficients de marée depuis 1990 ont permis de proposer un modèle conceptuel d’export de MES et Cdp en zone côtière. Le suivi mensuel sur l’année 2015 montre que l’estuaire de la Gironde reste déclassé en TBT avec deux valeurs ponctuelles supérieures à la NQE-CMA et avec des moyennes annuelles supérieures à la NQE-MA pour les PK30, PK52 et PK86. Les enregistrements longitudinaux des butylétains (TBT, dibutylétain (DBT) et monobutylétain (MBT)) dans les compartiments eaux, MES et sédiments de l’ensemble de l’estuaire de la Gironde ont permis de mettre en évidence plusieurs sources potentielles actuelles localisées au niveau de Bordeaux, du Bec d’Ambès, mais surtout au niveau de la masse d’eau aval.
(12/02/2018)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Caractérisation intégrée de la matière organique dissoute d'eaux résiduaires
La MO des milieux aquatiques soumis à des pressions urbaines importantes possède des propriétés physico-chimiques différentes de la MO des eaux de surface pas ou peu impactées par les rejets anthropiques : plus faible proportion d'acides fulviques et humiques, molécules de tailles plus petites, plus faible aromaticité, enrichissement en azote (Imai et al., 2002 ; Pernet-Coudrier et al., 2011). De même, les caractéristiques de la MO d'origine anthropique peuvent varier en fonction de l'origine des eaux (e.g. domestique, industrielle, pluviale, ruissellement) et du type de traitement appliqué ou non (Michael-Kortadou et al., 2015). Les différences de nature entre MO naturelle et anthropique sont aussi observées au travers de leurs interactions avec certains métaux qui sont plus complexés par la MO d'origine anthropique (e.g. Louis et al., 2014 ; Matar et al., 2015). Cependant, les connaissances sur la nature et les propriétés physico-chimiques de la MO d'origine anthropique, ainsi que sa réactivité et son devenir sont limitées. En effet : - de nombreuses études sur la MO d'origine anthropique traitent des rendements épuratoires à partir d'analyses globales (type DCO ou DBO) qui sont limitées pour décrire la nature de la MO ; - la MO est souvent représentée par les substances humiques qui représentent en moyenne 40 à 60% de la MO naturelle mais qui sont peu représentatives de la MO anthropique (Pernet-Coudrier et al., 2008) ; - la MO est souvent analysée après des étapes d'extraction et de purification qui permettent de séparer la MO selon certaines propriétés mais qui sont longues à mettre en oeuvre et ne permettent pas l'analyse d'échantillons en grande quantité. Nous proposons d'initier une étude sur l'établissement de relations entre les différentes sources de MO anthropique et sa nature ou ses propriétés physico-chimiques. Le potentiel de la combinaison de différentes techniques analytiques complémentaires est étudié au travers du développement d'une stratégie de caractérisation intégrée de la MO basée sur la combinaison de descripteurs pertinents. Pour cela, des eaux usées brutes et traitées (n=26) ont été collectées en amont et aval de différentes stations de traitement d'eaux usées et de traitements tertiaires (traitements par boues activées, filtres plantés de roseaux, biofiltres, zones de rejets végétalisées...). La MO dissoute de ces échantillons a été caractérisée par des techniques permettant des analyses sans prétraitements de l'échantillon : spectrophotométrie UV-visible, fluorescence 3D, chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution, chromatographie d'exclusion stérique couplée à détection UV. La variabilité de la composition/nature de la MO anthropique et de ses propriétés physico-chimiques est mise en évidence. Ce travail préliminaire permettra de commencer la constitution d'une base de données inédite à partir d'un jeu d'échantillons couvrant une très large gamme de types de rejets urbains.
(pp. 1, 04/02/2018)
IRSTEA, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Phenolic chemistry of the seagrass Zostera noltei Hornem. Part 1: First evidence of three infraspecific flavonoid chemotypes in three distinctive geographical regions
The flavonoid content of Zostera noltei leaves was investigated over a broad spatial scale using chromatographic and spectroscopic techniques (HPLC-DAD, LC/MS and NMR). Samples were collected at fifteen localities covering Mediterranean Sea and NE Atlantic coast, and representative of three types of coastal ecosystems: mesotidal bays, coastal lagoons, and open-sea. Three geographically distinct flavonoid chemotypes were identified on the basis of their respective major compound. One is characterized by apigenin 7-sulfate (Eastern part of Gulf of Cadiz), one by diosmetin 7-sulfate (French Atlantic coast and Mediterranean Sea), and the third contained similar quantities of the above two compounds (Mauritania and South Portugal). Our results show that metabolomic profiling using a combination of analytical techniques is a tool of choice to characterize chemical phenotype accurately. This work emphasizes for the first time the spatial variability in the flavonoid chemistry of Z. noltei throughout Atlantic and Mediterranean range, and constitutes the first report of chemical races in the Zosteraceae family. This infraspecific chemical differentiation should be considered when dealing with the role of Z. noltei in coastal ecosystems or in the selection of the best population donor for Z. noltei beds restoration. Combined with molecular identification, phenolic fingerprinting might be helpful to elucidate the evolutionary history of Z. noltei.
(Phytochemistry. vol. 146, n° 0031-9422, pp. 91-101, 01/02/2018)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Tracing platinum accumulation kinetics in oyster Crassostrea gigas, a sentinel species in coastal marine environments
Platinum Group Elements (PGEs) are extremely scarce in the Earth's Crust and of strong interest for high-end technologies due to their specific properties. They belong to the Technology Critical Elements (TCEs) for which use is forecast to increase, implying growing emissions into the environment in the following years. In particular, with the intensive use of platinum (Pt) in car catalytic converters, the anthropogenic geochemical cycle of this element has surpassed the natural cycle. Yet, environmental Pt levels are still in the sub picomolar range, making its analytical detection a challenge. Few studies cover the behavior of Pt in marine waters in terms of speciation, reactivity and possible transfer to the biota. In this study, oysters (Crassostrea gigas) from an unpolluted estuary were exposed to the stable isotope 194Pt in seawater at a range of concentrations during 35 days. Seawater was renewed daily and spiked to three nominal Pt concentrations (50, 100, and 10,000 ng·L− 1) for two replicate series. In addition, control conditions were monitored. Five oysters from each tank were dissected after 3, 7, 14, 21, 28, 35 days of Pt exposure, and analyzed by ICP-MS. Accuracy of this analytical method applied to biological matrix was checked by an inter-method comparison with a voltammetrical technique. A concentration-dependent accumulation of Pt in oysters increasing with exposure time occurred. After 28 days, oyster Pt accumulation from low and intermediate exposure conditions reached a plateau. This was not the case of the highest exposure condition for which oyster tissues showed increasing concentrations until the last day of the experiment. A linear correlation exists between seawater concentrations and Pt content in oysters for low and intermediate exposure concentrations i.e. closer to environmental concentrations. By showing high Pt accumulation potential, oysters may serve as sentinels, ensuring biomonitoring of Pt concentrations in marine coastal waters.
(Science of the Total Environment. vol. 615, n° 0048-9697, pp. 652-663, 01/02/2018)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, UPV / EHU, IIM, CSIC
Infragravity waves: From driving mechanisms to impacts
(Earth-Science Reviews. vol. 177, n° 0012-8252, pp. 774 - 799, 01/02/2018)
LIENSs, INSU - CNRS, ULR, CNRS, DELTARES, IFREMER, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, INSU - CNRS, UM, CNRS, UA, IPGP, INSU - CNRS, UPD7, UR, IPG Paris, CNRS, LETG - Brest, LETG, UNICAEN, NU, UA, EPHE, PSL, UBO EPE, UR2, CNRS, IGARUN, UN, SHOM, BRGM, UF, UNESCO, IMAU, MIO, IRD, AMU, INSU - CNRS, UTLN, CNRS