Iron isotopes as tracers of the iron cycle in the Atlantic sector of the Southern ocean
Les isotopes du fer comme traceurs du cycle du fer dans le secteur Atlantique de l’océan Austral
Résumé
In wide parts of the ocean, iron is a limiting element for phytoplankton growth due to its very low dissolved concentrations. It is thus a fundamental element of the global carbon cycle and climate. However, its cycle is still not well known. We thus used iron isotopes in order to better constrain its cycle in the Southern Ocean. Our measurement of iron isotopic compositions allowed us to characterize each iron source in this area, but also to evidence processes that we could not have evidenced using iron concentrations only. We have shown that the non reductive release of dissolved iron from the South African margin sediments is a major source of dissolved iron in the vicinity of this margin. A hydrothermal contribution above the mid-oceanic ridge, and lithogenic inputs of different origins in the Weddell Gyre compared to the rest of the section have been characterized. We have estimated the isotopic fractionation factors associated to key processes of the iron cycle, notably in surface waters for the biological uptake of iron by phytoplankton, at intermediate depths for the organic matter remineralization, and in deeper samples for the sorption processes. Our results suggest that the main process releasing dissolved iron in the deep ocean is iron desorption from inorganic particles, contrary to the commonly accepted hypothesis according to which it would be in situ organic matter remineralization.
Dans certaines parties de l’océan, le fer est un élément limitant pour la croissance du phytoplancton en raison de ses très faibles concentrations. C’est donc un élément fondamental pour le cycle global du carbone, et par conséquent le climat. Cependant, son cycle est encore mal connu. Nous avons donc utilisé les isotopes du fer afin de mieux contraindre son cycle dans l’océan Austral. Les compositions isotopiques obtenues nous ont permis de caractériser chaque source de fer dans cette zone, mais également de mettre en évidence des processus que nous n’aurions pas pu repérer en utilisant seulement les concentrations du fer. Nous avons ainsi montré que la libération non réductrice de fer dissous depuis les sédiments de la marge sud-africaine est une source majeure de fer dissous à proximité de cette marge. Une contribution hydrothermale au-dessus de la ride médio-océanique, ainsi que des apports lithogéniques de différentes origines entre la Gyre de Weddell et le reste de la section ont également été caractérisés. Nous avons estimé les facteurs de fractionnement isotopique associés à divers processus clés du cycle du fer, notamment pour l’assimilation biologique du fer par le phytoplancton en surface, la reminéralisation de la matière organique aux profondeurs intermédiaires, ainsi que les processus de sorption dans les échantillons profonds. Nos résultats suggèrent que le processus principal libérant du fer dissous en profondeur est un processus de désorption de fer inorganique particulaire, contrairement à l’hypothèse communément admise selon laquelle il s’agirait de la reminéralisation in situ de la matière organique.