Causes of dust size variability in central East Antarctica (Dome B): Atmospheric transport from expanded South American sources during Marine Isotope Stage 2
Marine isotope stage 2 Micron-size particle Raman mineralogy a b s t r a c t We here investigate the spatial and temporal variability of eolian dust particle sorting recorded in the Dome B (77 05 0 S, 94 55' E) ice core, central East Antarctica, during Marine Isotope Stage (MIS) 2. We address the question whether such changes reflect variable transport pathways from a unique source area or rather a variable apportionment from diverse Southern Hemisphere sources transported at different elevation in the troposphere. The Sr-Nd radiogenic isotope composition of glacial dust samples as well as single-particle Raman mineralogy support the hypothesis of a single dust provenance both for coarse and fine mode dust events at Dome B. The southern South American provenance of glacial dust in Antarctica deduced from these results indicate a dust composition coherent with a mixture of volcanic material and minerals derived from metamorphic and plutonic rocks. Additionally, Dome B glacial samples contain aragonite particles along with diatom valves of marine benthic/epiphytic species and freshwater species living today in the northern Antarctic Peninsula and southern South America. These data suggest contribution from the exposed Patagonian continental shelf and glacial outwash plains of southern Patagonia at the time when sea level reached its minimum. Our results confirm that dust sorting is controlled by the relative intensity of the two main patterns of tropospheric dust transport onto the inner Plateau, i.e. fast low-level advection and long-range high-altitude transport including air subsidence over Antarctica.
(Quaternary Science Reviews. vol. 168, n° 0277-3791, pp. 55-68, 01/07/2017)
DISAT, UNIMI, UNIMIB, IGE, IRD, Grenoble INP, INSU - CNRS, CNRS, UGA [2016-2019], Fédération OSUG, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, ENEA
Soil erosion in relation to land-use changes in the sediments of Amik Lake near Antioch antique city during the last 4 kyr
The Amik Basin in the Eastern Mediterranean region occupied since 6000–7000 BC has sustained a highly variable anthropic pressure culminating during the late Roman Period when the Antioch city reached its golden age. The present 6-m-long sedimentary record of the Amik Lake occupying the central part of the Basin constrains major paleoenvironmental changes over the past 4000 years using multi-proxy analyses (grain size, magnetic susceptibility, and x-ray fluorescence (XRF) geochemistry). An age model is provided by combining short-lived radionuclides with radiocarbon dating. A lake/marsh prevailed during the last 4 kyr with a level increase at the beginning of the Roman Period possibly related to optimum climatic condition and water channeling. The Bronze/Iron Ages are characterized by a strong terrigenous input linked to deforestation, exploitation of mineral resources, and the beginning of upland cultivation. The Bronze/Iron Age transition marked by the collapse of the Hittite Empire is clearly documented. Erosion continued during the Roman Period and nearly stopped during the early Islamic Period in conjunction with a decreasing population and soil depletion on the calcareous highland. The soil-stripped limestone outcrops triggered an increase in CaO in the lake water and a general decrease in ZrO2 released in the landscape that lasts until the present day. During the Islamic Period, pastoralism on the highland sustained continued soil erosion of the ophiolitic Amanus Mountains. The Modern Period is characterized by a higher pressure particularly on the Amanus Mountains linked to deforestation, road construction, ore exploitation, and drying of the lake for agriculture practices.
(The Holocene. vol. 28, n° 0959-6836, pp. 104-118, 30/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Modélisation biodynamique de l'accumulation de composés organiques persistants par des invertébrés benthiques d'eau douce
Les effets d'une contamination sur des organismes sont évalués dans un premier temps en étudiant la toxico-cinétique, c'est-à-dire le lien entre la concentration d'exposition et la concentration bioaccumulée par l'organisme. En effet, la bioaccumulation de contaminants métalliques ou organiques par diverses espèces aquatiques est un phénomène très variable, puisqu'il dépend à la fois des caractéristiques du milieu, des propriétés des contaminants mais aussi de l'espèce considérée. Différents modèles dits toxico-cinétiques (ou biodynamiques) ont été développés pour décrire l'accumulation de contaminants dans les réseaux trophiques aquatiques (Luoma et Rainbow, 2005). Dans ces modèles, l'organisme est souvent considéré comme un compartiment unique ; la bioaccumulation de contaminants est alors décrite comme la résultante de flux entrants (absorption) et sortants (élimination). Le processus d'absorption peut se faire par voie dissoute et/ou trophique. Le régime alimentaire des organismes aquatiques est reconnu pour être une importante voie de bioaccumulation de contaminants. Le processus d'élimination inclut l'excrétion, la métabolisation et la dilution par la croissance. À ce jour, des modèles existent pour décrire l'accumulation de composés persistants peu métabolisables dans des organismes aquatiques variés. Cependant, la prise en compte de la biotransformation reste problématique malgré son importance ; il s'agit d'un processus clé pouvant atténuer la bioaccumulation des substances et varie considérablement selon les espèces et les contaminants (Arnot et al., 2008). De même, les études incluant la dépendance à la concentration dans les modèles actuels sont peu nombreuses, toutefois à considérer puisqu'il existe physiologiquement des phénomènes de saturation. À ce jour, il n'existe pas de cadre générique de modélisation réunissant l'ensemble de ces processus (absorption avec éventuellement effet de saturation, élimination avec éventuellement biotransformation) pour les contaminants organiques persistants. Ce projet de recherche a pour objectif de développer un tel cadre générique de modélisation biodynamique en s'appuyant sur des données expérimentales obtenues en conditions contrôlées en réalisant des cinétiques d'accumulation et d'élimination de composés organiques, notamment émergents, par différentes espèces aquatiques présentant des traits biologiques variés. Trois espèces d'invertébrés benthiques d'eau douce (Physa acuta, Chironomus riparius et Gammarus fossarum) ont été sélectionnées ; les substances modèles incluent notamment le PCB 153, l'hexabromocyclododécane et un polybromodiphényl-éther. Les paramètres du modèle générique pour chaque couple espèce-contaminant seront estimés par inférence Bayésienne à partir des résultats expérimentaux.
(pp. 1, 29/06/2017)
IRSTEA, LBBE, UCBL, VAS, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Cycle des éléments biogènes dans les lacs côtiers en Gironde
La qualité des eaux des lacs et le risque d’eutrophisation peuvent être évalués par une étude des composés biogènes. Les sources et les puits de nutriments qui déterminent les processus biogéochimiques peuvent être quantifiés avec un bilan de masse de matière. L’objectif de la thèse était de réaliser ce bilan de masse pour les nutriments dans les deux grands lacs côtiers médocains, Lacanau et Carcans-Hourtin (SW France). Pour cela, j'ai réalisé un suivi de la concentration en nutriments et des paramètres associés des eaux de pluie, des rivières, des canaux, des eaux des lacs et des eaux souterraines au cours de deux cycles hydrologiques en 2014 et 2015. Les processus biogéochimiques à l’interface eau-sédiment et les flux benthiques ont été déterminés à partir de carottes sédimentaires prélevées saisonnièrement et la construction d’une carte sédimentaire des deux lacs. Le bilan hydrologique a pu être réalisé à partir des données de débit et de hauteur d'eau, des mesures géophysiques et des mesures de 222Rn. Nos résultats ont permis de faire un bilan de masse complet de l'azote, du phosphore, de la silice, du fer et de l'alcalinité. Nous avons déterminé les principales sources et les puits de matière et leur évolution au cours de l’année. Les principaux résultats de la thèse sont avant tout la création d’un jeu de données original et riche qui permet pour la première fois d’avoir une vue d’ensemble de la biogéochimique des lacs aquitains. Nous montrons que l’impact des flux souterrains est faible. Les flux benthiques jouent un rôle majeur pour l’azote. L’export de composés biogènes à la sortie des lacs vers le milieu côtier a été quantifié et comparé aux apports par le bassin versant, ce qui a permis d’évaluer la capacité de séquestration des nutriments dans les sédiments. Nous montrons que ces lacs sont pauvres en phosphore, ce qui limite la productivité biologique. Nous avons aussi défini les conditions et les conséquences de la stratification transitoire des eaux des lacs en été. Cet ensemble de données a également permis d'apporter des connaissances supplémentaires sur la dynamique du mercure dans les lacs aquitains. Nous montrons le rôle que jouent les apports en sulfate du bassin versant sur la production de méthylmercure dans les sédiments.
(22/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Ecologie trophique et reproduction d'une population sauvage d'huître creuse Crassostrea gigas dans un écosystème macrotidal, peu profond : cas du Bassin d'Arcachon
Le fonctionnement écologique des écosystèmes côtiers est soumis à l’action synergique des changements climatiques et des pressions anthropiques. Au sein du Bassin d’Arcachon, l’huître Crassostrea gigas, montre depuis quelques années une modification du cycle reproductif (i.e. faible formation des gamètes, retard de ponte), qui semble lié aux modifications globales des conditions thermiques et trophiques du milieu. L’objectif de ce travail consiste à réaliser un état des lieux de la variabilité spatio-temporelle de l’état reproductif des huîtres dans le Bassin d’Arcachon, en lien avec l’origine, la quantité et la qualité de la ressource trophique. Les résultats obtenus ont permis de révéler d’importants gradients spatiaux de variabilité du développement gonadique et du signal trophique chez C. gigas, entre les parties internes sous influences des rivières (sud-est et nord-est), et la partie externe sous influences océaniques. Deux facteurs clés se sont révélés en partie explicatifs de cette variabilité, le temps d’immersion et le temps de renouvellement océanique. Un comparatif de la gamétogenèse et du pool nutritif entre les parties sud-est et nord-est du bassin a permis de démontrer une variabilité temporelle de la composition phytoplanctonique associée à une variabilité des apports en acides gras essentiels à la formation et la maturité des gamètes. La dynamique de la mise en réserves ainsi que le déclenchement des pontes chez C. gigas se sont révélés synchrones à la variabilité saisonnière de la quantité et la qualité du pool nutritif. Ces résultats représentent une première étape vers le développement d’un modèle prédictif des besoins énergétiques de l’espèce sous l’effet des changements globaux des conditions environnementales.
(22/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Mass balance of organic contaminants at the scale of the Seine River basin (France)
(19/06/2017)
LEESU, ENPC, UPEC UP12, SISYPHE, UPMC, EPHE, PSL, PSL, CNRS, INERIS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, SIAAP
Mechanisms controlling the complete accretionary beach state sequence
Accretionary downstate beach sequence is a key element of observed nearshore morphological variability along sandy coasts. We present and analyze the first numerical simulation of such a sequence using a process-based morphodynamic model that solves the coupling between waves, depth-integrated currents, and sediment transport. The simulation evolves from an alongshore uniform barred beach (storm profile) to an almost featureless shore-welded terrace (summer profile) through the highly alongshore variable detached crescentic bar and transverse bar/rip system states. A global analysis of the full sequence allows determining the varying contributions of the different hydro-sedimentary processes. Sediment transport driven by orbital velocity skewness is critical to the overall onshore sandbar migration, while gravitational downslope sediment transport acts as a damping term inhibiting further channel growth enforced by rip flow circulation. Accurate morphological diffusivity and inclusion of orbital velocity skewness opens new perspectives in terms of morphodynamic modeling of real beaches.
(Geophysical Research Letters. vol. 44, n° 0094-8276, pp. 5645 - 5654, 16/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, IMAU
Chronobiologie moléculaire et comportementale des huîtres Crassostrea gigas diploïdes et triploïdes exposées à l'algue toxique Alexandrium minutum
Les efflorescences de la micro-algue toxique Alexandrium minutum sont en constante augmentation au niveau mondial, accentuées par les apports anthropiques et le réchauffement global, et posent des problèmes écologiques, économiques et sanitaires. Lors d’une exposition à A. minutum, l’accumulation des phycotoxines paralysantes (PSP) dans les tissus semble être différente entre les huîtres diploïdes et triploïdes. Par ailleurs, de nombreuses fonctions physiologiques de l’huître C. gigas sont impactées. L’ensemble des fonctions physiologiques d’un organisme est régulé par des rythmes biologiques. Propriété fondamentale de la vie, les rythmes biologiques permettent aux organismes de se synchroniser et d’anticiper les variations cycliques de l’environnement. Dans mes travaux, je me suis intéressée aux rythmes biologiques des huîtres diploïdes et triploïdes C. gigas et à leurs interactions avec la contamination par les PSP. Une analyse in situ sur un an a mis en évidence une relation jusque-là inconnue entre le comportement valvaire de C. gigas et le cycle d’éclairement de la lune, ainsi qu’une relation fine et subtile des cycles comportementaux nycthéméraux et tidaux avec l’évolution annuelle de la photopériode. Cette relation est modulée par la ploïdie. Par ailleurs, la mise au point d’une approche non-invasive d’interférence par ARN a permis de mettre en évidence l’implication de l’horloge circadienne dans les processus de bioaccumulation des PSP chez C. gigas. Enfin, l’analyse du transcriptome cyclique dans les branchies de C. gigas a mis en évidence qu’au moins 42 % du transcriptome peut être exprimé de façon oscillante. Contre intuitivement, en condition d’alternance jour / nuit, une majorité de transcrits sont ultradiens, trois fois plus nombreux que les transcrits circadiens. Exposées à A. minutum, les huîtres ont montré un remodelage profond de leur transcriptome cyclique, pouvant entraîner la perte de synchronisation de l’huître avec son environnement.
(15/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
On a reduced-complexity shoreline model combining cross-shore and alongshore processes.
We present a new empirical shoreline evolution model integrating longshore and cross-shore processes. It is designed for wave-dominated sandy coasts and includes feedback between shoreline and wave dynamics. It can also take into account non-erodible (e.g. rocks, artificial structures) contours and complex wave propagation patterns through the coupling with the spectral wave model SWAN. While the longshore-transport-based modeling approach can reproduce the shoreline variability on large temporal scales, say from years to decades, inclusion of the equilibrium-based cross-shore model enables shoreline variability to be addressed at the scales of changes in incident wave energy, say from hours to years. In this paper, the basic assumptions of the model are presented. The model is tested to synthetic cases before being applied to a real case scenario (Narrabeen Beach, Australia). Finally, guidelines for future model developments are given.
(12/06/2017)
UB, BRGM, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, CNRS, WRL, UNSW
Consequences of rapid ice sheet melting on the Sahelian population vulnerability
The acceleration of ice sheet melting has been observed over the last few decades. Recent observations and modeling studies have suggested that the ice sheet contribution to future sea level rise could have been underestimated in the latest Intergovernmental Panel on Climate Change report. The ensuing freshwater discharge coming from ice sheets could have significant impacts on global climate, and especially on the vulnerable tropical areas. During the last glacial/deglacial period, megadrought episodes were observed in the Sahel region at the time of massive iceberg surges, leading to large freshwater discharges. In the future, such episodes have the potential to induce a drastic destabilization of the Sahelian agro-ecosystem. Using a climate modeling approach, we investigate this issue by superimposing on the Representative Concentration Pathways 8.5 (RCP8.5) baseline experiment a Greenland flash melting scenario corresponding to an additional sea level rise ranging from 0.5 m to 3 m. Our model response to freshwater discharge coming from Greenland melting reveals a significant decrease of the West African monsoon rainfall, leading to changes in agricultural practices. Combined with a strong population increase, described by different demography projections, important human migration flows could be potentially induced. We estimate that, without any adaptation measures, tens to hundreds million people could be forced to leave the Sahel by the end of this century. On top of this quantification, the sea level rise impact over coastal areas has to be superimposed, implying that the Sahel population could be strongly at threat in case of rapid Greenland melting.
(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. vol. 114, n° 0027-8424, pp. 6533–6538, 05/06/2017)
LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, LOCEAN, IPSL, ENS-PSL, PSL, UVSQ, UPMC, CEA, INSU - CNRS, X, IP Paris, CNES, CNRS, MNHN, IRD, UPMC, INSU - CNRS, CNRS, CLIM, LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, ESTIMR, LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, UFHB, PARVATI, LOCEAN, IPSL, ENS-PSL, UVSQ, UPMC, CEA, INSU - CNRS, X, CNES, CNRS, MNHN, IRD, UPMC, INSU - CNRS, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, CEARC, UVSQ, UCM