Reconstituer le cycle du carbone marin passé en étudiant la coquille des foraminifères benthiques
Le cycle du carbone marin passé peut-être reconstitué par des indicateurs géochimiques mesurés sur les coquilles des foraminifères. Dans le projet ECO-FOR, nous avons exploré l'utilisation des rapports élémentaires (e.g. Sr/Ca, B/Ca, Li/Ca) comme indicateurs potentiels du système des carbonates de l'eau de mer, et ceci chez plusieurs espèces cultivées dans des conditions de laboratoire contrôlées.
Dans l'histoire géologique de la Terre, les perturbations du cycle du carbone ont eu d’importantes conséquences (réchauffement, acidification, désoxygénation). Dans ce contexte, le projet ECO-FOR a eu pour objectif de fournir des équations de calibration reliant les rapports élémentaires mesurés sur les coquilles des foraminifères et les paramètres du système des carbonates. Ceci permettra de reconstituer de manière robuste la chimie des carbonates passée et de comprendre les interactions et les rétroactions du cycle du carbone et du climat. Les calibrations ont été effectuées sur plusieurs espèces de foraminifères benthiques cultivées dans des conditions expérimentales contrôlées permettent de déconvoluer les paramètres covariants du système des carbonates.
Notre expérience a été réalisée pour la première fois avec une nouvelle génération de simulateurs d'expériences écologiques environnementales (Ecolab). L'Ecolab est une structure modulaire comprenant des chambres climatiques étanches dont différents paramètres (température, humidité et pCO2) peuvent être contrôlés indépendamment et précisément. Pour cette étude, nous avons utilisé quatre chambres climatiques avec quatre concentrations de pCO2 atmosphérique (180 ppm, 410 ppm, 1000 ppm, 1500 ppm). Dans chaque chambre climatique, nous avons placé deux aquariums d'eau de mer.
Illustration de la conception expérimentale à l'intérieur de chaque chambre climatique. Crédit : Mojtahid M. et al., 2023
Dans chaque aquarium, la chimie des carbonates a été modifiée pour découpler les paramètres covariants : dans l’un, nous avons fait varier le pH en gardant le carbone inorganique dissous constant et dans l’autre, le contraire. Ensuite, plusieurs spécimens de différentes espèces de foraminifères benthiques ont été introduits dans les aquariums. À la fin de l’expérience, qui a duré quelques semaines, les foraminifères vivants ont été récoltés et nous avons déterminé leur taux de survie et de croissance. Sur les loges nouvellement formées, nous avons mesuré les concentrations élémentaires à l'aide de la spectrométrie de masse par plasma à couplage inductif par ablation laser. Les principaux résultats à ce jour montrent que le rapport élémentaire Sr/Ca est positivement corrélé avec la concentration en carbone inorganique dissous et en ions bicarbonate, avec un offset entre les différentes espèces.
Plusieurs résultats issus de cette étude sont encore en cours d’analyse et de valorisation, notamment, la relation entre les paramètres du système des carbonates et d’autres rapports élémentaires (e.g. B/Ca, S/Ca, Li/Ca) et isotopiques (δ18O et δ13C). D’autres projets, faisant suite à ECO-FOR, sont en cours de préparation, notamment un projet visant à l’application des calibrations obtenues sur des foraminifères fossiles dans des archives sédimentaires du Quaternaire.
Menée en partenariat avec l’équipe CEREEP – ECOTRON (Île de France) et en collaboration avec plusieurs organismes français (LSCE, LOCEAN) et étrangers (NIOZ, Lund University), l'étude a été financée par le programme CNRS-INSU-LEFE-IMAGO-CYBER (projet STING) et le dispositif Etoile Montante de la région Pays de la Loire (projet TANDEM).
Référence : M. Mojtahid, P. Depuydt, A. Mouret, S. Le Houedec, S. Fiorini, S. Chollet, F. Massol, F. Dohou, H.L. Filipsson, W. Boer, G-J. Reichart, C. Barras. Assessing the impact of different carbonate system parameters on benthic foraminifera from controlled growth experiments. Chemical Geology, 2023. Disponible en ligne : https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121396
Contact : Meryem Mojtahid, enseignante-chercheuse à l'Université d'Angers
Remerciements aux co-auteurs, financeurs et aux collègues ayant contribué à la réussite du projet, notamment, Fatine Rihani (LPG), Sophie Quinchard (LPG), Yann Coupeau (IFREMER) et Carole La (LPG), Claire Rollion-Bard (LSCE), William Gray (LSCE), Claire Waelbroeck (LOCEAN-IPSL) Inge van Dijk (LPG), Shai Oron (University of Haifa).