Thèse / université de bretagne occidentale

 
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Chapter 5: Biogenic trace element export fluxes in the North Atlantic Ocean ..................... 181 
Abstract .......................................................................................................................... 182 
5.1. 
Introduction ......................................................................................................... 183 
5.2. 
Methods .............................................................................................................. 185 
5.3. 
Results ............................................................................................................... 191 
5.4. 
Discussion .......................................................................................................... 203 
5.5. 
Conclusion .......................................................................................................... 221 
Acknowledgements ........................................................................................................ 221
 
 
Chapter 6: Impact of the natural Fe-fertilization on the magnitude, stoichiometry and efficiency 
of particulate biogenic silica, nitrogen and iron export fluxes ............................................... 229 
Abstract .......................................................................................................................... 230 
6.1. 
Introduction ......................................................................................................... 231 
6.2. 
Methods .............................................................................................................. 233 
6.3. 
Results ............................................................................................................... 242 
6.4. 
Discussion .......................................................................................................... 253 
6.5. 
Conclusion .......................................................................................................... 265 
Acknowledgments .......................................................................................................... 266
 
 
Chapter 7: General conclusions and future directions ........................................................ 271 
7.1. 
Major findings ..................................................................................................... 272 
7.2. 
Comparison of the two study areas .................................................................... 275 
7.3. 
Perspectives ....................................................................................................... 279 
7.4. 
The fate of the BCP with global warming ........................................................... 282
 
 
References ........................................................................................................................... 287 

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Table of figures 
Chapter 1: 
Figure 1.1: The global carbon cycle. Arrows represent the fluxes in gigatons of carbon per year and the 
boxes  represent  the  reservoirs  in  gigatons  of  carbon.  Black  values  are  natural  fluxes  and  red  are 
anthropogenic  contributions  (Diagram  from  http://www.ipcc.ch/,  modified  from  (Sabine  et  al.,  2004; 
Sarmiento, 2002). ...................................................................................................................................24
 
Figure 1.2: The marine carbon cycle including the solubility and biological pumps with the pre-industrial 
fluxes and average values for the 1980-1990s (in brown box). Fluxes are represented by arrows and 
are in Pg C/year. Reservoir sizes are represented by the numbers in brackets and are expressed in Pg 
C. NPP is the net primary productivity (Modified from Sabine and Feely, 2007). ..................................27
 
Figure 1.3: Global map of annual sea to air CO
2
 exchanges (in µatm; Sarmiento and Gruber, 2006). 28
 
Figure 1.4: Simplified view of the biological carbon pump (S. Hervé, IUEM). .......................................29
 
Figure 1.5: Contribution of the different carbon pump components (the solubility pump  ΔC 
gas-ex
; the 
carbonate counter pump ΔC 
carb
; and the biological carbon pump ΔC 
soft
) to DIC increase in the deep 
ocean (Gruber and Sarmiento, 2006). ....................................................................................................31
 
Figure 1.6: Schematic view of the decrease of the downward POC flux with depth (Lampitt et al., 2008)..
 ................................................................................................................................................................34
 
Figure 1.7: Patterns of nutrient limitation. Backgrounds indicate annual average surface concentrations 
of nitrate (a) and phosphate (b) in µmol.kg
-1
.To assist comparison, nitrate is scaled by the mean N:P 
ratio  of  organic  matter  (that  is  divided  by  16).  Symbols  indicate  the  primary  (central  circles)  and 
secondary  (outer  circles)  limiting  nutrients  as  inferred  from  chlorophyll  and/or  primary  productivity 
increases following artificial amendment of: N (green), P (black), Fe (red), Si (orange), Co (yellow), Zn 
(cyan) and vitamin B12 (purple). Divided circles indicate potentially co-limiting elements. White outer 
circles indicate that no secondary limiting nutrient was identified, which will be because of the lack of a 
test (from Moore et al., 2013). ................................................................................................................39
 
Figure 1.8: Correlations between POC and mineral fluxes collected in 52 sediment traps below 1000 m 
and around the world ocean (Klaas and Archer, 2002). .........................................................................40
 
Figure 1.9: Attenuation of the carbon export flux from the mixed layer into the mesopelagic zone by the 
microbial and zooplankton metabolisms (Steinberg et al., 2008)...........................................................43
 
Figure 
1.10: 
SeaWIFS 
Chlorophyll-a 
concentrations 
averaged 
over 
boreal 
spring 
(http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/biosphere_globes).  The  red  line  indicates  the  GEOVIDE 
transect. ..................................................................................................................................................51
 
Figure  1.11:  SeaWIFS  mean  Chlorophyll-a  concentrations  averaged  over  austral  spring 
(http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/biosphere_globes). The red arrow indicates the Kerguelen Island 
position. ..................................................................................................................................................52
 
 
Chapter 2: 
Figure 2.1: Summary of the different sampling and analytical steps on samples collected during the 
GEOVIDE cruise .....................................................................................................................................69
 
Figure  2.2:  Perspex  filtrations  units  used  for  the  determination  of  Ba
xs
  concentrations  during  the 
GEOVIDE cruise .....................................................................................................................................70
 
Figure 2.3: CaCO
3
 (a) pAl (b) and pBa (c) concentrations determined on samples collected with Niskin 
bottles and in-situ pumps. The black lines represent the 1:1 slopes. ....................................................73
 
Figure  2.4:  Depth  profiles  at  Station  32  of  particulate  trace  elements  as  determined  using  GO-FLO 
bottles (blue diamond) and in-situ pumps (red triangles). ......................................................................75
 
Figure 2.5: Radioactive decay chain of 
238
U (a=years; d=days; h= hours; m=minutes; s=seconds) ....77
 
Figure 2.6: Typical profile of the 
234
Th/
238
U ratio in seawater ................................................................77
 
Figure  2.7:  Mesopelagic  particulate  biogenic  Ba  (Ba
xs
)  versus  calculated  oxygen  consumption  rate 
(JO
2
) for stations within the Southern Antarctic Circumpolar Current region (Dehairs et al., 1997). .....85
 
Figure 2.8: Typical Ba
xs
 profile in seawater, adapted from Jacquet, 2007. ...........................................86
 
Figure 2.9: Example of a barite crystal (indicated with the red arrow) obtained by scanning electron 
microscopy,  on  the  filter  sampled  at  600  m  of  Station  69  during  the  GEOVIDE  cruise,  and  the 
corresponding energy-dispersive spectra. .............................................................................................87
 
 
 

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