Terres Rares, isotopes du néodyme et du radium : décodeurs de processus environnementaux entre continents et océans

Lundi, 24 août 2015

Dans le cadre de la campagne AMANDES 3 ("Geotraces process study "), une équipe internationale, constituée de chercheurs du laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP, UPS / IRD / CNRS / CNES) et du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD) et de la Universidade de Brasilia viennent de démontrer qu’une partie des apports d’éléments chimiques des continents vers les océans provient de la matière solide (particules en suspension, sédiments…) issue de l’érosion des roches terrestres et transportées jusqu’à la mer par les rivières.

Comprendre la composition chimique de l´océan moderne et ses variations passées est un défi en géochimie qui requiert la quantification des sources ou apports et des processus de piégeage ou d´export de ces éléments. L´utilisation de "traceurs" géochimiques (qui sont des éléments chimiques et des isotopes présents naturellement dans notre environnement) est particulièrement adaptée à ce type de problématique. Certains sont des "thermomètres" permettant de reconstruire des températures passées, d’autres sont des marqueurs d’évènements anoxiques, d’autres encore sont des chronomètres comme le célèbre carbone 14 qui permet de dater les ossements et squelettes d’organismes calcaires marins enfouis.
Ainsi, les Terres Rares sont une famille d’éléments chimiques dont la réactivité dans le milieu naturel en fait de très bons traceurs d’échange entre la matière solide (particules en suspension, sédiments) et la solution qui l’entoure (eau douce comme eau de mer). Parmi ces Terres Rares, le néodyme (Nd) présente en outre une propriété spécifique : la signature de ses isotopes est un indicateur efficace de la source de cette matière solide (ou de l’eau). Par ailleurs, les isotopes du radium (Ra) sont d’excellents chronomètres naturels, qui permettent d’estimer depuis combien de temps une eau de mer a été en contact avec une côte donnée.

Images satellitaires de l'estuaire de l'Amazone. © Creative Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/Amazon_River#/media/File:Mouths_of_amazon_geocover_1990.png) Dans le cadre de la campagne AMANDES 3 ("Geotraces process study "), des géochimistes du GET, du LEGOS, et de la Universidade de Brasilia ont étudié pour la première fois en association ces 3 types de traceurs (les concentrations de toutes les Terres Rare et la composition isotopique du Nd et du Ra) dans le gradient salin de l’estuaire de l’Amazone pour répondre à une question clef : quels processus gèrent les apports de matière à l’océan ? En particulier, y a-t-il dissolution d’une fraction des particules entrant dans l’eau de mer par la décharge fluviale, et si oui, à quel rythme ?

Concentrations en néodyme et signatures isotopiques du néodyme (eNd) et âges du radium (d.) en fonction de la salinité des eaux estuariennes de l'Amazone. L’étude de la distribution des Terres Rares entre phases particulaire grossière, fine et ultra-fine a permis de différencier le comportement de ces phases en eau fluviale et marine. Les signatures isotopiques du Nd ont permis de confirmer ce que les modèles permettaient de soupçonner : les particules provenant de l’érosion des roches terrestres et transportées par les rivières se dissolvent en partie lors de leur contact avec l’eau de mer. Quant au chronomètre radium, il indique que toutes ces réactions se font très vite, à l’échelle de la semaine, dans la plume de l’Amazone.

Ces résultats bousculent le paradigme actuel qui considère que les apports d’éléments chimiques des continents vers les océans peuvent être évalués uniquement à partir de ce qui est transporté dans la solution. Cette contribution additionnelle due au comportement de la matière devra être prise en compte dans les modèles de climat.

Source(s): 

Rapid neodymium release to marine waters from lithogenic sediments in the Amazon estuary, Tristan C.C. Rousseau, Jeroen E. Sonke, Jérôme Chmeleff, Pieter van Beek, Marc Souhaut, Geraldo Boaventura, Patrick Seyler & Catherine Jeandel, Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms8592

Contact(s):
  • Jeroen Sonke, GET
    jeroen [dot] sonke [at] get [dot] omp [dot] eu, 05 61 33 26 06
  • Catherine Jeandel, LEGOS/OMP
    catherine [dot] jeandel [at] legos [dot] obs-mip [dot] fr, 05 61 33 29 33

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