Biogeochemistry of dissolved organic matter in the Pacific Ocean
Biogéochimie de la matière organique dissoute dans l'Océan Pacifique
Résumé
Marine dissolved organic matter (DOM) is a large pool of reduced carbon, representing an inventory of similar magnitude to atmospheric carbon. DOM is a complex mixture of thousands of compounds, mainly small molecules, with an extraordinary diversity of composition, that results from both abiotic and biotic processes occurring throughout the ocean interior. The « size-reactivity continuum » provides a paradigm for describing the oceanic biogeochemistry of DOM. According to this model, the ageing of highly (microbially) bioavailable freshly produced matter of high molecular weight (HMW) induce the production of small, oxidized, nitrogen-depleted compounds that are refractory to heterotrophic respiration. This process is thought to be the main pathway of recalcitrant DOM production, also called the microbial carbon pump. The purpose of this thesis is to bring a comprehensive view of marine DOM using multiple semi-specific analytical approaches (including chromatography and voltammetry). These method avoid the use of specific tools, the aim of this study not being to focus on a detailed molecular characterization of DOM. The size fractionation, the aromatic carbon content of DOM and its C:N and C:S compositions are presented in the Pacific Ocean, in order to describe its transformations and reactivity along the water column. The role of humics, the major fraction of oceanic DOM, in the stabilization of hydrothermal iron is also studied. It appears that two major possible pathways for the degradation of surface-produced HMW DOM in the open ocean alter its size spectrum: (1) A rapid/intense degradation of particles in oxygen minimum zones generates the formation of low molecular weighted compounds preferentially to humics; (2) Humification of DOM occurs in deep and intermediate water masses where oxygen concentrations are high enough to support a slow degradation.
La matière organique dissoute (MOD) marine est un grand réservoir de carbone réduit, représentant un inventaire d'une magnitude similaire au carbone atmosphérique. La MOD est un mélange complexe de milliers de composés, principalement de petites molécules, à la diversité de composition remarquable, résultant de processus abiotiques et biotiques dans l’océan. Le « continuum taille- réactivité » constitue un paradigme pour décrire la biogéochimie océanique de la MOD. Selon ce modèle, le vieillissement de la matière de haut poids moléculaire (HPM) fraîchement produite et hautement biodisponible induit la production de petits composés oxydés et appauvris en azote réfractaires à la respiration hétérotrophe. Il est possible que ce processus soit la principale voie de production de MOD réfractaire. Ce processus est également appelé « pompe microbienne de carbone ». L’objectif de cette thèse est de proposer une vision globale de la MOD marine par une approche semi-spécifique multi- analytique (notamment chromatographique et voltamétrique). Ces méthodes évitent une application d'outils spécifiques, le but de cette étude n'étant pas de se focaliser sur une caractérisation moléculaire détaillée de la MOD. Le fractionnement en taille, le contenu en carbone aromatique de la MOD et ses compositions azotée et soufrée sont présentées dans l'Océan Pacifique, afin de décrire ses transformations et sa réactivité le long de la colonne d'eau. Le rôle des humiques, fraction majeure de la MOD océanique, dans la stabilisation du fer d’origine hydrothermale est également étudiée. Il apparaît que deux voies majeures pour la dégradation de la DOM produite dans l’océan ouvert de surface modifient son spectre de taille : (1) Une dégradation rapide/intense des particules dans les zones de minimum d'oxygène génère la formation de composés de faibles poids moléculaires préférentiellement aux humiques ; (2) L'humification de la MOD se produit dans les masses d'eau profondes et intermédiaires où les concentrations en oxygène sont suffisamment élevées pour soutenir une lente dégradation.
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