Marie Aimée GALERON (OT-Med, MIO, CEREGE) defended her PhD thesis on 20 September 2016 at 10 h in Marseille, Luminy Campus, amphitheatre of the OCEANOMED building.
Supervisors: Jean-Francois RONTANI (MIO), Olivier RADAKOVITCH (CEREGE)
It was the second defense of the PhD thesis funded by OT-Med.
Subject :
Degradation of terrestrial particulate organic matter discharged by rivers in the Mediterranean Sea: processes, interactions and global impacts
Abstract:
The degradation of terrestrial organic matter has puzzled scientists for decades. Once thought to be refractory to further degradation once at sea due to its lignin composition and the fact that it has undergone extensive degradation during riverine transport, it was finally shown that very little trace of a terrestrial signature was found in coastal sediments. This raised a fundamental question: are global carbon flux and reservoir estimations wrong, or is the terrestrial organic matter undergoing a rapid and intense degradation upon its arrival at sea?
Indeed, recent studies evidenced an intense abiotic degradation in the Mackenzie estuary (Canadian Arctic). In order to fully apprehend these degradation processes, it is crucial that we look at their global occurrence, and try to determine if the same pattern is observed in temperate areas. The Mediterranean Sea and the Rhône estuary were chosen as a study area for this work du to their climate conditions, different enough from the Canadian Arctic to cause major differences in water and atmospheric temperatures, but also due to the physical similitudes between the Mackenzie and Rhône estuaries, making them particularly relevant to compare.
Samples were collected in the Rhône River, as well as in its plume, along the salinity gradient. Using a set of lipid tracers especially designed to help us trace both the origin of the particulate organic matter and the degradative processes it had undergone, all samples were analyzed and compared with Arctic and Tropical samples. The role of photo- and autoxidation during riverine transport was clearly evidenced, although photo-oxidation was the main degradation driver in the Mackenzie River, while autoxidation had a clearly more important role in the Amazon River. In the Rhône River, both processes had a moderate impact on riverine suspended particulate matter (SPM), but yet, an intense autoxidation was evidence in the Rhône plume, just as it was evidenced in the Mackenzie plume. If we originally though that autoxidative processes in estuaries were induced by the desorption of metal ions in the mixing zone, we have shown here that no significant metal desorption was observed while autoxidation rates peaked along the salinity gradient.
Further analyses on the collected samples allowed us to formulate – and confirm – a new hypothesis. A lipoxygenase enzymatic activity was observed and quantified in all the samples studied, at various degrees depending of local conditions. Calculated using the molar ratio Σ cucurbic acids/parent α-linolenic acid, this activity was highest in the Mackenzie River (0.26), followed by the Amazon River (0.06) and the Rhône River (2.1 × 10-5). This activity was shown to be induced by the variable amounts of autoxidation- or photo-oxidation deriving hydroperoxides present in the suspended particulate matter, highest at high and low latitudes. In the Mediterranean Sea, where riverine SPM is not particularly hydroperoxide-rich, the lipoxygenase activity was shown to be also induced by haline stress upon the POM arrival at sea.
Key words:
Terrestrial organic matter; Mediterranean Sea, Rivers, Rhône, Degradation
Résumé en français:
Dégradation de la matière organique particulaire d'origine terrestre en sortie des fleuves Méditerranéens: processus, interactions et impacts globaux
La dégradation de la matière organique terrestre intrigue les scientifiques depuis des décennies. Si l'on a longtemps cru qu'elle était réfractaire à toute dégradation en mer, de par sa composition en lignine et son état de dégradation déjà avancé lors du transport fluvial, il a finalement été démontré que la signature en matière organique terrestre dans les sédiments côtiers était très faible.
Ces résultats ont mis en lumière une question fondamentale : les estimations des flux et réservoirs de carbone sont-elles fausses, ou bien la matière organique terrestre subit-elle une dégradation rapide et intense à son arrivée en mer ?
Des études récentes ont mis en évidence une dégradation abiotique intense dans l'estuaire du fleuve Mackenzie (Arctique Canadien). Afin de comprendre ces processus de dégradation, il est crucial d'étudier leur activité de manière globale, et d'essayer de déterminer si les mêmes mécanismes sont en jeu dans les zones plus tempérées du globe. La Mer Méditerranée et l'estuaire du Rhône ont été spécifiquement choisis pour cette étude, notamment car les condition climatiques dans la région divergent suffisamment de celles de l'Arctique Canadien pour causer des différences majeures de températures d'air et d'eau, mais également car les similitudes physiques entre les estuaires du Rhône et du Mackenzie les rendent particulièrement pertinents à comparer.
L'échantillonnage a été effectué à la fois dans le Rhône et dans son panache, le long du gradient de salinité. Grâce à un éventail de traceurs lipidiques mis en place dans le but de déterminer à la fois l'origine de la matière organique particulaire et les processus dégradatifs qu'elle a subi, les échantillons ont été analysés, puis comparés avec ceux obtenus dans les zones arctiques et tropicales. Les rôles de la photo-oxydation et de l'autoxydation lors du transport fluvial ont été mis en évidence : si la photo-oxidation est le processus principal de dégradation de la matière organique terrestre dans le fleuve Mackenzie, c'est l'autoxydation qui tient le rôle principal dans l'Amazone. Dans le Rhône, les deux processus n'ont qu'un impact modéré sur la matière en suspension fluviale, mais une autoxydation intense a néanmoins été observée dans son panache, tout comme dans le panache du Mackenzie.
Mots-clés:
Matière organique terrestre; Méditerranée; Fleuves; Rhône, Dégradation