Determination of respiration and photosynthesis fractionation factors for atmospheric dioxygen inferred from a vegetation–soil–atmosphere analogue of the terrestrial biosphere in closed chambers
The isotopic composition of dioxygen in the atmosphere is a global tracer which depends on the biosphere flux of dioxygen toward and from the atmosphere (photosynthesis and respiration) as well as exchanges with the stratosphere. When measured in fossil air trapped in ice cores, the relative concentration of 16O, 17O, and 18O of O2 can be used for several applications such as ice core dating and past global productivity reconstruction. However, there are still uncertainties about the accuracy of these tracers as they depend on the integrated isotopic discrimination of different biological processes of dioxygen production and uptake, for which we currently have very few independent estimates. Here we determined the respiration and photosynthesis fractionation factors for atmospheric dioxygen from experiments carried out in a replicated vegetation–soil–atmosphere analogue of the terrestrial biosphere in closed chambers with growing Festuca arundinacea (Fig. 1). The values for 18O discrimination during soil respiration and dark respiration in leaves are equal to -12 ± 1.7 ‰ and -19.1 ± 2.4 ‰, respectively. In these closed biological chambers, we also found a value attributed to terrestrial photosynthetic isotopic discrimination equal to +3.7 ± 1.3‰. This last estimate suggests that the contribution of terrestrial productivity in the Dole effect may have been underestimated in previous studies.
Fig. 1. Scheme of the closed growth chamber
Reference: Paul, C., Piel, C., Sauze, J., Pasquier, N., Prié, F., Devidal, S., Jacob, R., Dapoigny, A., Jossoud, O., Milcu, A., Landais A. Determination of respiration and photosynthesis fractionation factors for atmospheric dioxygen inferred from a vegetation–soil–atmosphere analogue of the terrestrial biosphere in closed chambers. Biogeosciences, 20, 1047–1062, https://doi.org/10.5194/bg-20-1047-2023, 2023
Le panache de l’incendie de Notre-Dame suivi à la trace
Les particules plombées issues du panache de l’incendie de Notre-Dame ont été identifiées à 16 km à l’ouest de Paris. Cette étude en collaboration avec l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) a été publiée dans ACS Earth and Space Chemistry. Les chercheur-ses ont traqué et caractérisé la signature géochimique du panache, montrant que la contamination est supérieure aux niveaux de plomb actuel atmosphérique, mais est peu intense comparée à celle qui existait avant les années 90 en raison de l’utilisation de l’essence plombée.
L’incendie de Notre-Dame en avril 2019 a eu un retentissement médiatique international du fait de l’ampleur de la catastrophe, des dégâts et du courage des pompiers pour les limiter. Le CNRS s’est fortement impliqué dans l’étude de l’édifice à travers un programme de recherches interdisciplinaires : le chantier scientifique de Notre-Dame. Dans le cadre de ce programme et avec l’aide de l’IRSN, une équipe scientifique a identifié les particules plombées issues du panache de l’incendie de Notre-Dame sur le site de l’IRSN situé au Vésinet, à 16 km à l’ouest de Notre-Dame.
Pour piéger les aérosols, l’équipe a profité du réseau OPERA dédié à la surveillance des radionucléides dans l’airhttps://www.irsn.fr/fr/larecherche/outils-scientifiques/installations-moyens-experimentaux/opera/Pages/reseau-Opera-Air.aspx#.Y8q43UGZNhE">1 . Le préleveur situé sur le campus IRSN du Vésinet possède la particularité de délivrer un filtre par jour (soit 12.000 m3 filtrés). Une modélisation atmosphérique a permis d’identifier différents sites qui auraient pu « voir » le panache dont Le Vésinet. La traque au Vésinet s’est avérée fructueuse et les chercheurs ont pu mettre en évidence une hausse de la concentration en plomb le jour de l’incendie de l’ordre de 1 µg/m3 c’est-à-dire 100 fois plus qu’habituellement. Si cette concentration est relativement importante par rapport aux concentrations normalement trouvées actuellement dans l’air en France, elle est similaire à celles rencontrées dans l’air des années 90 lorsque l’essence plombée était utilisée pour les véhicules. Une analyse au microscope électronique à balayage a confirmé la présence de particules d’oxyde de plomb de taille de l’ordre du micromètre, démontrant les hautes températures atteintes par l’incendie. Les autres filtres situés plus à l’ouest et au nord du territoire français ne montrent pas d’augmentation significative des concentrations en plomb.
Exemple d’une particule chargée en plomb collectée par le réseau OPERA-IRSN sur le filtre du Vésinet du 15 avril au 16 Avril 2019Crédit : Thierry Aigouy - GET
Les chercheurs ont ensuite utilisé l’analyse isotopique de cet élément pour tracer son origine. La signature du plomb du panache de Notre-Dame est proche de celle des poussières fines récemment mesurées à l’intérieur de l’édifice. Cette signature, véritable empreinte digitale du plomb, est distincte des signatures des autres sources de plomb à Paris comme l’avait montré récemment une étude du CNRS et du CEA pour les poussières fines.
Ces travaux montrent l’intérêt d’une combinaison entre modélisation et études géochimiques et isotopiques des pollutions atmosphériques. Pour cela, il est nécessaire d’avoir des mesures quotidiennes de suivi de qualité de l’air. Les auteurs suggèrent de densifier et augmenter la fréquence des collectes et mesures dans les grandes villes.
Référence : Lead from Notre-Dame Fire Plume Caught 15 km from Paris, Gaël Le Roux, Olivier Masson, Christophe Cloquet, Marie-José Tavella, Magali Beguin-Leprieur, Olivier Saunier, David Baqué, Thierry Camboulive, Julien Berger, Thierry Aigouy, Françoise Maube, Sandrine Baron, Sophie Ayrault, and Maxime L’Héritier. ACS Earth and Space Chemistry DOI: 10.1021/acsearthspacechem.2c00321
A retrouver sur le site du CNRS/INEE