Thèses : « Climatic tracers »

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Duvert, Clement. « Stream & ; groundwater responses to episodic recharge : Integrating time-series analysis & ; environmental tracers ». Thesis, Queensland University of Technology, 2016. https://eprints.qut.edu.au/94989/12/Clement_Duvert_Thesis.pdf.

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Résumé :

This dissertation examines the hydrological response of aquifers and streams subjected to highly episodic recharge. Based on high-resolution measurements of a range of novel hydrochemical and isotopic tracers, it is demonstrated that (i) inter-aquifer mixing can be triggered by major recharge events and (ii) the transit time of the groundwater contribution to streams varies considerably with varying recharge rates. These findings suggest that stream–aquifer and inter-aquifer interactions are highly preferential both spatially and temporally, with important implications for the conceptualisation of hydrological processes in complex geological settings.

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Bouchet, Marie. « Coherent dating of deep polar ice cores and implications for understanding climate mechanisms ». Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASJ020.

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Résumé :

Les données paléoclimatiques fournissent des estimations empiriques des changements climatiques pré-anthropiques à des échelles de temps variées. Elles ont documenté des réchauffements globaux de la Terre (+5 à 10°C) se déroulant sur des milliers d'années tous les ~100 000 ans au cours du dernier million d'années, les déglaciations. Ces transitions sont particulièrement intéressantes pour les projections climatiques, car elles permettent d'estimer le taux de fonte des calottes glaciaires. Les données paléoclimatiques témoignent aussi d'événements plus rapides (quelques décennies), les "points de bascule", qui indiquent que le système climatique peut être déstabilisé significativement.Les forages polaires sont uniques car ils fournissent une mesure directe de la composition atmosphérique passée et permettent la reconstruction du climat local. Mon doctorat s'est concentré sur le forage EPICA Dome C (EDC) en Antarctique de l'Est, qui fournit le plus long enregistrement continu à ce jour. Il documente les changements climatiques qui se sont produits à l'échelle de quelques décennies à plusieurs milliers d'années au cours des derniers 800 000 ans. Alors que les isotopes de l'eau mesurés dans les archives glaciaires sont classiquement utilisés pour déduire les variations passées de la température et de précipitation locales, nous montrons que le δ¹⁵N de N2 mesuré dans les bulles d'air piégées dans la glace peut être utilisé de façon complémentaire. En effet, le δ¹⁵N de N2 reflète la profondeur de piégeage des bulles dans la glace, elle-même déterminée par la température et le taux d'accumulation de neige à la surface. Un nouvel enregistrement de δ¹⁵N de N2 est présenté. Il permet d'identifier précisément le phasage entre le CO₂ atmosphérique et le climat de l'Antarctique au cours des huit dernières déglaciations. Deuxièmement, j'ai développé une chronologie cohérente pour quatre forages situés en Antarctique et un forage au Groënland, couvrant les 800 000 dernières années. Cette chronologie a été construite à l'aide du modèle probabiliste Paleochrono-1.1 et est contrainte par de nouvelles mesures faites sur le forage EDC et par des données issues de modélisation glaciologique. L'incertitude de l'échelle d'âge d'EDC est réduite de 1700 à 900 ans en moyenne. La chronologie révisée est en meilleur accord avec des chronologies absolues obtenues de manière indépendante pour d'autres paléo-archives.Enfin, une méthodologie est proposée pour construire des chronologies cohérentes, relatives et absolues pour les archives marines et glaciaires au cours des sept dernières déglaciations. Elle permet d'identifier de manière plus précise l'ordre dans lequel se produisent les changements relatifs de l'insolation, de concentration atmosphérique en gaz à effet de serre, du niveau de la mer et des températures régionales lors des déglaciations. Dans une étude préliminaire, nous avons identifié une avance de quelques milliers d'années du CO2 sur le niveau marin lors des déglaciations. Des perspectives de recherche sont proposées pour atteindre une meilleure compréhension des relations de cause à effet entre le forçage externe et la réponse interne du climat.Mon travail de thèse a combiné la modélisation glaciologique et statistique, l'analyse expérimentale de l'air piégé dans la carotte de glace EDC ainsi que l'analyse de données paléoclimatiques issues d'archives polaires, de carottes sédimentaires marines et de spéléothèmes. Mes recherches contribuent à l'amélioration (i) des reconstructions climatiques à partir des forages polaires et (ii) des chronologies des forages polaires et marins. Ces avancées sont essentielles pour mieux comprendre la réponse du climat à un forçage externe lors des changements climatiques de grande amplitude, ce qui est essentiel pour prévoir les changements climatiques à venir
It is possible to gain insights from past climate natural variability in order to constrain the response of the climate system to change in the external forcing and future projections. Paleoclimate data provide empirical estimates of pre-anthropic large-scale climate change across a range of timescales, including the long timescales (several thousand years) associated with the glacial-interglacial transitions of great amplitude that affected Earth's climate every ~100 thousand years over the past million years. This is of particular interest for climatic projections, as it may allow for the estimation of the rate of ice cap melting. Furthermore, paleoclimate data can be employed to investigate "tipping point" events, which show the potential for rapid (over a few decades) and significant instabilities in the climate system. Among the paleo archives, deep polar ice cores are distinctive in that they offer direct records of ancient global atmospheric composition in greenhouse gases and documented past local changes in snowfall and temperature. My PhD focused on the EPICA Dome C (EDC) drilling site in East Antarctica which provides the oldest continuous ice core record so far. It documents climate change that occurred over a wide range of timescales (from a few decades to several thousands of years) over the past 800,000 years. While water isotopes are classically used to infer past temperature and accumulation rate when measured in ice cores, we show that δ¹⁵N of N2 measured in air bubbles trapped in ice core can be a complementary tool. δ¹⁵N of N2 indeed reflects the depth of bubble enclosure in the ice sheet, itself driven by surface temperature and snow accumulation rate at surface. A new record of δ¹⁵N of N2 over the last 800 kyr is presented and provides an accurate identification of the lead-lag relationship between atmospheric CO₂ and Antarctic climate over deglaciations. Secondly, I developed a precise, coherent timescale for five deep polar ice cores, spanning the past 800,000 years, known as the Antarctic Ice Core Chronology (AICC) 2023. This timescale is built using the probabilistic dating model Paleochrono-1.1 and constrained by new EDC measurements and glaciological modeling outputs. This permitted to reduce the average uncertainty of the EDC age scale from 1,700 to 900 years. The revised chronology aligns better with independent and absolute chronologies of other paleo archives.Furthermore, we proposed a methodology for constructing coherent, relative, and absolute chronologies for marine and glacial archives over past glacial-interglacial cycles. Evaluating the sensitivity of the coherent chronology to dating methodologies produced robust error bars, aiding in the precise identification of climatic event sequences (e.g. relative timing of changes in insolation, atmospheric greenhouse gases, global sea level, and regional temperatures) during glacial-interglacial transitions. In a preliminary study, we identify a few-year lead of atmospheric CO2 with respect to sea level in six of the seven latest deglaciations. Further research is needed to study the implications of such chronologies to understand the causal relationships between external forcing and the climate's internal response.My approach combined glaciological and statistical modeling with an experimental analysis of air trapped in EDC ice core and a data analysis of various paleo records from polar ice cores, marine sedimentary cores and speleothems. My research contributes significantly to improving climate reconstructions from ice cores, reducing dating uncertainties, and developing coherent chronological frameworks. These advancements enhance our understanding of the climate's response to an external forcing and of the interactions between different Earth System components during glacial-interglacial transitions

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Burn, Laurie. « Isotopic and elemental tracers in ice and snow as indicators of source regions of aerosols and changing environmental conditions ». Thesis, Curtin University, 2009. http://hdl.handle.net/20.500.11937/152.

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Résumé :

Pioneering studies of lead (Pb) concentrations in polar ice by Clair C. Patterson and co-workers (e.g. Murozumi et al., 1969; Boutron and Patterson, 1983, 1986) revealed important information on climatic changes dating many thousands of years in the past and the effect that humans have had on these pristine environments. Rosman and co-workers (e.g. Rosman et al., 1993, 1994a) extended this research utilising the isotopic composition of Pb preserved in the ice to identify the source regions of both natural and anthropogenic Pb transported to the polar regions, thereby adding significantly to the understanding of atmospheric transport mechanisms and the impact of continental anthropogenic activity on the pristine polar environments. This thesis extends this area of research by investigating seasonal and short-term variability in Pb, Ba and In concentrations and Pb isotopes through the accurate sectioning of decontaminated glacial ice cores at high spatial resolution. This improves our understanding of the processes impacting on the deep ice core records, which, in turn, expands the interpretation and application of these records.A new sample preparation technique, incorporating a mechanised circular saw blade arrangement into the lathe design, first described by Candelone et al. (1994), has been developed to sample glacial ice cores at high spatial resolution with minimal contamination. This technique was extensively tested using artificially made ice cores, prepared from ultra-pure water, to quantify and minimise the Pb, Ba and In contamination associated with the process. The residual contamination in each inner core slice from the procedure amounted to 0.2 ± 0.2 pg Pb with [superscript]206Pb/[superscript]207Pb, [superscript]208Pb/[superscript]207Pb and [superscript]206Pb/[superscript]204Pb ratios of 1.16 ± 0.12, 2.35 ± 0.16 and 15.3 ± 6.7 respectively, 1.5 ± 0.4 pg Ba and 0.6 ± 2.0 fg In. This technique was then utilised to obtain high resolution analyses of Pb, Ba and In concentrations, and Pb isotopes in ice core sections recovered from Law Dome, East Antarctica and from the East Rongbuk Glacier on the northern slope of Mount Everest in the Himalaya.Law Dome, East Antarctic Holocene ice cores provide strong evidence for the transport of anthropogenic Pb from Australia to the Law Dome environment during the late 19th century, with [superscript]206Pb/[superscript]207Pb and [superscript]208Pb/[superscript]207Pb ratios as low as 1.061 ± 0.001 and 2.339 ± 0.002 respectively, in close agreement with the Pb isotopic characteristics of Australian Broken Hill Pb ores. The onset of anthropogenic pollution of the Law Dome environment occurred in spring 1889 AD, associated with the onset of Pb ore smelting activities in Port Pirie, South Australia. Seasonal variability is most clearly seen in anthropogenic Pb and Ba (as a proxy for mineral dust) concentrations where peaks in concentrations generally occur in the autumn and spring periods, with consistently low concentrations during winter. Lead isotopic [superscript]206Pb/[superscript]207Pb ratios are inversely correlated with residual (anthropogenic + crustal) Pb concentrations with the lowest ratios occurring during periods of high Pb concentrations. The observed seasonal variability is associated with the annual cycle in position and strength of the Antarctic Circumpolar Trough, a region of low pressure situated off the coast of Antarctica, which moves closest to the Antarctic coast and increases in strength during the autumn and spring seasons. Concurrently, a strengthening of the Southern Ocean westerlies entrains and transports more atmospheric impurities from continental regions such as Australia. The low Pb concentrations and relatively more radiogenic [superscript]206Pb/[superscript]207Pb ratios that appear in the winter layers are indicators of aerosol inputs into the Law Dome environment from a well mixed Southern Hemisphere atmospheric background.Law Dome deep ice core sections, sampled at short-term resolution, show variability in all measured species over time indicating a general instability in temperature (as indicated by δ18O compositions) and environmental conditions (as indicated by elemental concentrations) prevailing during the periods of time integrated by the ice. Based on Pb isotopic [superscript]206Pb/[superscript]207Pb ratios, which reach values of 1.225 ± 0.004 and 1.230 ± 0.003 in glacial, and last glacial – Holocene transition ice respectively, noticeable volcanic Pb contributions are found to occur in both time periods, reaching as high as ~39% and ~46% respectively. These increases are associated with a decrease in mineral dust concentrations due to relatively warmer climatic conditions prevailing within the times integrated by the ice core sections. A link between temperature and environmental conditions in glacial ice is observed when changes in δ18O compositions (as a proxy for temperature) exceed 0.24‰. In contrast, there is no link between temperature and environmental conditions during the last glacial – Holocene transition period, demonstrating a complicated climatic and environmental state existing at Law Dome at this time that incorporates aspects of both cold and warm climates.The high spatial resolution sectioning of continental glacial ice cores recovered from the East Rongbuk Glacier on the northern slopes of Mount Everest, and dated to the 18th and 20th centuries, has similarly shown variability in all measured species over time. Elemental Pb, Ba and In concentrations are very well correlated in all ice core sections confirming the environment of the East Rongbuk Glacier, within the investigated time periods, to be strongly controlled by the input of mineral dust. Isotopic [superscript]206Pb/[superscript]207Pb ratios in 18th century ice range from 1.18 – 1.21 which are attributed to a natural mineral dust background devoid of any influences of anthropogenic [or volcanic] activity. During 18th century monsoon periods (when mineral dust concentrations are generally low), local Himalayan material plays an important role on crustal inputs into the sampling region, with some inputs of Indian derived material possibly sourced to the Indian Peninsula, and Trans-Himalayan belt/Lhasa block material sourced to locations slightly north of Mount Everest. During non-monsoon periods (when mineral dust concentrations are generally high), it is likely that mineral dust from regions in northern Africa and central Asia are impacting on the high altitude Himalaya, with some possible contributions from the arid regions in north-western India and local Himalayan material.Based on elemental (Pb/Ba) and Pb isotopic ratios, there is no indication ofanthropogenic [or volcanic] Pb contributions in the 20th century East RongbukGlacier ice core samples indicating that, prior to 1952 AD, the high altitude samplingsite was isolated from the effects of anthropogenic Pb pollution. Consequently, inthe 20th century, Pb transported to the East Rongbuk Glacier site is sourced tomineral dust. An increase in elemental concentrations is observed in 20th century ice,indicating increased mineral dust deposition relative to the 18th century.Concurrently, a marked change in the isotopic characteristics of 20th century ice coredata, relative to 18th century ice core data, is observed, with a clear segregation ofmonsoon and non-monsoon data and the transition of 20th century data to lessradiogenic values. This adjustment likely reflects environmental changes that haveoccurred from the 18th to the 20th centuries.

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Delfim, Ricardo. « Estudo espaço-temporal da variação dos parâmetros físicos e químicos no transecto 30ºS do Oceano Atlântico Sul ». Universidade de São Paulo, 2012. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/21/21133/tde-27032013-140708/.

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Résumé :

Na década de 90 surge a primeira tentativa de gerar dados capazes de legitimar um modelo climático mundial detalhado: O Experimento de Circulação Oceânica Global (World Ocean Circulation Experiment - WOCE) Dentro dos diversos subprogramas inseridos no WOCE destaca-se o programa Hidrográfico (WHP). A JAMSTEC (Japan Marine Science and Tecnology Center), após cerca de uma década volta a reocupar algumas estações do WHP-WOCE, com o programa BEAGLE (Blue Earth Global Expedition), tendo como proposta detectar e quantificar alterações correspondentes ao aquecimento global. A I Comissão Oceanográfica Trans-Atlântica (TAI 2009) também constituiu um projeto de reocupação da seção A10, linha central do Oceano Atlântico Sul (~30?S), previamente amostrada pelo WHP-WOCE e BEAGLE, tendo como objetivo identificar alterações espaciais e temporais dos parâmetros oceanográficos nas últimas duas décadas. Considerando os valores de temperatura e salinidade foi evidenciada a presença de pelo menos, cinco massas d\'água: i) Água Tropical de Superfície (ATS) acima da isopícnal ?0= 26,70 ii) Água Central do Atlântico Sul (ACAS) abaixo da isopícnal ?1= 27,05 iii) Água Intermediária Antártica (AIA) abaixo da isopícnal ?2= 27,20 (iv) Água Profunda do Atlântico Norte (APAN) abaixo da isopícnal ?3= 27,70 v) Água Antártica de Fundo (AAF). Nas camadas superficiais dos três programas, notou-se uma proporcionalidade inversa entre as concentrações de nutrientes e oxigênio dissolvido. O Programa TAI ao longo de todo o transecto A10, apresentou as menores concentrações de nutrientes abaixo dos 1000 dbar. O WHP-WOCE foi mais aquecido que os outros programas nas camadas superficiais. Nas profundidades acima da termoclina (~1000 dbar), na bacia leste o Programa BEAGLE apresentou diferenciações que sugerem uma atividade mais intensa de ressurgência, para seu ano de amostragem do que nos anos dos Programas WHP-WOCE e TAI. Porém baseado nos resultados do Programa TAI, na extremidade leste da Bacia do Atlântico Sul, pode-se inferir que há afloramento da Água Central do Atlântico Sul (ACAS), provinda de aproximadamente 900 dbar de profundidade, sobre a Plataforma Continental Sul Africana.
In the 90s comes the first attempt of generate data able to legitimize a comprehensive global climate model: The Wolrd Ocean Circulation Experiment (WOCE). Within various subprograms inserted into the WOCE, highlight the WOCE Hydrographic Program (WHP). The JAMSTEC (Japan Marine Science and Technology Center), after about a decade back to reoccupy some stations of WOCE-WHP, with a program called BEAGLE (Blue Earth Global Expedition), proposing to detect and quantify changes related to global warming. The 1st Trans-Atlantic Oceanographic Commission (TAI 2009) was also created as a project of A10 section reoccupation, aiming to identify spatial and temporal changes in oceanographic parameters after two decades WOCE-WHP and BEAGLE sampling. The A10 section, represents the axis of South Atlantic Ocean (~ 30?S). Considering the values of temperature and salinity the presence of at least five water masses can be inferred: i) Surface Tropical Water (ATS) above isopícnal ?0 = 26.70, ii) South Atlantic Central Water (ACAS) below the isopícnal ?1 = 27.05 iii) Antarctic Intermediate Water (AIA) below the isopícnal ?2 = 27.20, (iv) North Atlantic Deep Water (APAN) below the isopícnal ?3 = 27.70, v) Antarctic Bottom Water (AAF). On the superficial layers of the three programs, it was noted an inverse proportionality between the concentrations of nutrients and dissolved oxygen. The TAI program, throughout the A10 transect, showed the lowest concentrations of nutrients below 1000 dbar. The warmer in the superficial layers was WOCE-WHP. On the layers above the thermocline (~ 1000 dbar), the BEAGLE Program around East Basin, showed some anomalies that suggest its sampling happened during some more intense upwelling activity, for its year than in years of WHP- WOCE and TAI programs. But based on the results of the TAI Program, at the east end of the South Atlantic Basin, it\'s possible to infer that there is upwelling of South Atlantic Central Water (ACAS), coming from about 900 dbar depth on the South African continental shelf.

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Pourrier, Jonathan. « Caractérisation des processus de transferts et d’interactions entre les compartiments hydrologiques, hydrogéologiques et cryosphériques d’un bassin versant andin semi-aride soumis à une forte variabilité climatique (Vallée de l’Elqui – Chili) ». Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20108/document.

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Le nord du Chili est soumis à un contexte climatique aride à semi-aride présentant une variabilité saisonnière et inter-annuelle forte. Dans cette région les zones de haute altitude soutiennent les parties plus basses des bassins versants, mais la ressource en eau reste malgré tout limitée. Afin d'améliorer les méthodes de gestion de l'eau dans ces bassins versants, il est important de préciser le rôle des zones de haute altitude dans le soutien des parties basses, mais aussi de caractériser les modalités de transfert et d'interaction entre les compartiments constitutifs de l'hydrosystème. Ce travail porte sur la caractérisation du fonctionnement hydrologique du bassin versant de l'Elqui depuis la tête de bassin, située au cœur de la cordillère des Andes, jusqu'aux vallées de la zone inférieure situées entre 500 et 2000 mètres d'altitude. En tête de bassin, les processus d'interaction entre les compartiments cryosphériques, hydrologiques et hydrogéologiques, et leurs impacts sur le transfert des masses d'eau vers l'aval de la zone d'étude sont caractérisés. Le comportement hydrologique des sous bassins versant partiellement ou non‑englacés est également étudié. Dans la zone inférieure du bassin, l'étude porte principalement sur les processus d'interactions surface-souterrain en contexte semi‑aride et sur les impacts des forçages climatiques et anthropiques sur ces derniers. Cette étude s'appuie sur plus de 40 ans de données hydro-météorologiques disponibles sur la zone inférieure du bassin, complétés par des mesures hydrologiques sur la zone supérieure (> 2000 mètres d'altitude) et des prélèvements chimiques (majeurs et traces) et isotopiques (²D, 18O) sur la totalité de la zone d'étude, réalisés entre 2011 et 2013.Ces travaux ont montré que le modèle conceptuel de fonctionnement du bassin versant de l'Elqui généralement accepté était incomplet. Dans la zone supérieure, l'étude d'un bassin versant englacé a permis de montrer que le rôle de la cryosphère dépasse la fonction de production d'eau, avec certains compartiments stockant temporairement de l'eau en période humide et la libérant en période sèche. Ce processus permet d'amortir la variabilité temporelle des précipitations et du taux de fonte en altitude. Les analyses physico-chimiques réalisées dans le bassin versant ont également permis d'identifier des compartiments aquifères ignorés jusqu'à maintenant, comme les compartiments volcanique et plutonique. En améliorant les connaissances sur les processus d'interactions entre compartiments cryosphériques, hydrologiques et hydrogéologiques, les résultats de ce travail ont apporté des précisions sur le fonctionnement hydrologique de la zone de haute altitude. Cela a permis l'estimation des impacts potentiels de la variabilité climatique sur ces processus d'interactions et leurs conséquences sur la disponibilité et la qualité de la ressource. Dans la zone inférieure, la caractérisation des interactions surface-souterrain a montré qu'il existe un fort potentiel d'interaction entre le compartiment hydrologique et le compartiment alluvial, mais également entre le compartiment alluvial et le socle plutonique. L'étude des données hydrologiques et physico-chimiques a permis de caractériser le type d'échanges se déroulant entre les compartiments. Dans certains secteurs le processus dominant est la recharge du compartiment alluvial par le compartiment hydrologique, tandis que pour d'autres il existe une alternance entre période de drainage du compartiment alluvial par le compartiment hydrologique et période de recharge du compartiment alluvial. La réponse de ces processus face aux impacts des forçages climatiques et anthropiques contraindra la disponibilité et la qualité de la ressource dans les années à venir. Ainsi, les résultats apportés par ce travail permettront certainement de mieux anticiper les modifications futures du fonctionnement hydrologique des bassins versant montagneux en contexte semi-arides
The north Chile is affected by an arid to semi-arid climate, associated with a strong seasonal to inter-annual variability. In this region, while mountainous areas are supporting low areas, the availability of water resources remains limited. In order to improve the water management in these basins, it is necessary to precise how the high areas support the low areas, and to characterize water transfers and interaction processes between the constitutive compartments of the hydrosystem. This work concern the characterization of the hydrodynamic behavior of the Elqui watershed from the headwaters, in the Andes, to the valleys, ranging between 500 and 2000 m.a.s.l.In the headwaters, the interactions processes between cryospheric and hydrologic compartments and their impact on water transfers to the low areas are characterized. The behavior of unglacierized or partially glacierized watershed is also studied. In the low area of the watershed, the study mainly considers groundwater-surface water interactions under semi-arid context and the impact of the climatic variability on these processes. This study is based on more than 40 years of hydro-meteorological data available in the lower zone of the basin, completed by hydrological measurements in the upper zone (> 2000 m.a.s.l.) and chemical (majors and traces elements) and isotopic samples (²D, 18O) over the whole study area realized between 2011 and 2013.This work demonstrated that the conceptual model of the Elqui basin hydrological behavior, generally accepted, was incomplete. In the high area (> 2000 m.a.s.l.), the study of a glacierized watershed show that the function of the cryosphere overpass the water production with some compartments storing water during humid periods and draining their water content during dry periods. This process buffers the temporal variability of precipitations and melting rates in the high area. Physico-chemical analysis, allows to identify some ignored aquifer compartments, as the volcanic and plutonic compartments. The results of this study improve the knowledge about interactions processes between cryospheric, hydrologic and hydrogeologic compartments, which precise the hydrological functioning of the high area. The interpretation of the hydrological behavior of the high altitude area allows to better understand the way that it support the low area, and the way that climate variability may affects it.In the low area, results show that the groundwater-surface water interaction potential is good between alluvial and hydrological compartments, but also between the plutonic and the alluvial compartments. The study of hydro-meteorological and physico-chemical data allowed to characterize the type of exchanges that take place between groundwater and surface water. In some sectors the main process is the recharge of the alluvial compartment by the hydrological compartment, while in other sectors the processes show a seasonal variability with periods of alluvial compartment recharge and periods of hydrological compartment support. The answer of these processes face to climatic and anthropic forcing will constrain the evolution of the availability and quality of the water resources in the Elqui basin. Finally, the results of this study will certainly allow to better anticipate the future modifications of the semi-arid mountainous watershed hydrological functioning

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Capell, René. « Modelling dominant runoff processes using tracers and landscape organisation in larger catchments ». Thesis, University of Aberdeen, 2011. http://digitool.abdn.ac.uk:80/webclient/DeliveryManager?pid=186120.

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This work has contributed to the understanding of dominant runoff generation at the large catchment scale and to the understanding of the relationships between landscape properties and hydrological behaviour. The developed models were used to estimate the climate change impact on the hydrology in the study catchment. A multivariate geochemical tracer survey was carried out in North Esk catchment in north east Scotland. A generic typology was developed using multivariate statistical methods to characterise the hydrochemical tracer response. Upland headwater runoff was dominant downstream in winter and provided significant flows during base flow periods in summer. These insights were complemented by a conjunctive analysis of long-term river flow data and a one year stable isotope survey. Integrative metrics of transit times, hydrometric responses, and catchment characteristics were explored for relationships at the large catchment scale. The evaluation that the associated soils and bedrocks, themselves controlling the flow path distribution, have a strong influence on the integrated hydrological catchment response. The empirically-based understanding of dominant runoff generation processes in the North Esk uplands and lowlands were used in a stepwise rainfall-runoff model development. Tracers were directly incorporated to reduce structural and parameter uncertainty. The integration of tracers helped reduce parameter uncertainty. These tracer-aided models increased confidence for using them to explore the effects of environmental change. Climate change impacts in the catchment where explored by forcing the models with projected climate change forcing from the UK Climate Projections 2009. The results revealed landscape-specific changes in the hydrological response with increased summer drought risk in the lowlands and diminishing snow influence and increased winter floods in the uplands. The spatial integration mediated the extremes observed in the subcatchments.

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Armandine, Les Landes Antoine. « Impact des variations climatiques sur les ressources hydrogéologiques ». Thesis, Rennes 1, 2014. http://www.theses.fr/2014REN1S101/document.

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Les eaux souterraines représentent environ 98% des eaux douces potentiellement disponibles pour l'homme sur notre planète, en faisant donc une ressource fondamentale de nos sociétés. Du fait du changement climatique et du fort lien existant entre le climat et le cycle de l'eau, une préoccupation légitime est née concernant l'impact potentiel de ce changement climatique sur les ressources en eau. À ce jour, des évidences de plus en plus nombreuses appuient le fait que les modifications des conditions climatiques se répercutent sur le cycle hydrologique. L'identification de la sensibilité des eaux souterraines aux variations climatiques est donc devenue indispensable. Or, le climat est un système hautement complexe dont les variations, contrôlées par de nombreux facteurs à la fois naturels et anthropiques s'effectuent sur toutes les échelles de temps. Les modifications climatiques ne sont donc pas un phénomène nouveau, les eaux souterraines ont par conséquent subi dans le passé les effets de ces variations climatiques, elles en subissent actuellement les changements et subiront celles à venir. Les travaux développés dans cette thèse ont abordé cette problématique visant à caractériser la sensibilité de la ressource en souterraine face aux variations climatiques. À l'aide de l'analyse de traceurs environnementaux à l'échelle régionale, les impacts d'évènements climatiques majeurs intervenus sur les derniers millions d'années (transgression marine et période glaciaire) sont mis en évidence au sein du système hydrogéologique actuel. Puis, à l'aide de modélisation hydrogéologique, l'impact du changement climatique est étudié à travers les relations particulières existantes entre l'eau souterraine et les compartiments de surface et l'océan. Toutes ces études mettent en avant la sensibilité de la ressource en eau souterraine aux variations climatiques en termes de qualité (salinisation) et de quantité (baisse des niveaux d'eau). Les ressources hydrogéologiques sont particulièrement sensibles aux variations climatiques et hydrologiques (modifications de recharge, intrusions eau de mer…) ainsi qu'aux facteurs non climatiques (activités humaines). La gestion de cette ressource nécessite donc de considérer à la fois les risques climatiques et non climatiques ainsi que de prendre en compte l'adaptation à long terme de ces systèmes
Groundwater resources represent approximately 98% of global freshwater resources available for humans on our planet; therefore groundwater is fundamental resource of our societies. Due to climate change and strong link between climate and the cycle of water, an understandable concern is appeared about the potential impacts of climate change on water resources. Nowadays, growing body of evidence supports the fact that changes in climatic conditions (temperature, precipitation, evaporation…) impact the hydrologic cycle and consequently groundwater resources. The identification of groundwater sensibility to climate variations has become essential. The climate is a highly complex system where its variations drive by many factors both natural and human occurs on all time scales. Climatic changes are not a new phenomenon, groundwater resources have already been impacted by effects of climatic variations, are impacting presently and will be in the future. The work carried out under this thesis covered this problematic to characterize the groundwater resources sensibility to climate variations. With the help of environmental tracers analyzed at the regional scale, impacts of major climate events occurred since the last millions years (marine transgression and glacial period) have been identified in the current hydrogeologic system. Then, support by hydrogeological modeling the impact of climate change has been studied through the specific relationships between groundwater and surface water bodies and ocean. All these studies highlight the important sensibility of groundwater resources to climate variations in terms of quality (salinization) and quantity (lower water levels). Hydrogeological resources are particularly sensitive to climate and hydrological variations (recharge changes, seawater intrusion…), as well as to non-climatic factors (human activities). Thus groundwater resources management needs to consider both climatic and non-climatic risks and the long-term adaptation of these systems

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Ternois, Yann. « Contribution des traceurs organiques a l'etude des paleo-climats ». Paris 6, 1996. http://www.theses.fr/1996PA066409.

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Depuis le debut des annees 1980, l'etude des cetones a longue-chaine (clc) suscite l'interet croissant des paleo-climatologues. Leurs rapports d'insaturation, lies aux temperatures des eaux de l'ocean de surface, sont conserves dans les sediments profonds et peuvent etre utilises comme paleo-proxis de temperatures. Nous avons, dans la premiere partie de ce travail, etudie le cycle de production des clc sur l'ocean actuel. Apres avoir mis au point un protocole experimental afin d'optimiser l'analyse chromatographique de ces molecules, nous avons etalonne le rapport u#k#'#3#7 des eaux de surface de la mediterranee nord occidentale. A partir de l'analyse de pieges a particules et de sediments superficiels, nous avons etudie, dans ce bassin, le cycle de production des coccolithophorides et le transfert du signal u#5#'#3#7 vers l'ocean profond. Nos resultats ont montre que le developpement de ces algues se produisait a deux epoques differentes de l'annee en mediterranee occidentale et orientale. Dans la deuxieme partie de cette these, nous avons mene une etude de plusieurs traceurs moleculaires dans les sediments superificiels et de deux carottes de la marge nord-africaine. Nous avons localise les zones actuelles d'upwellings a partir du rapport u#k#'#3#7, du contenu en clc, et en corg des sediments de surface. L'analyse en haute resolution temporelle des clc, des sterols, et des alcools gras, a permis de caracteriser la variabilite climatique des depots organiques au sud et au nord de la zone. L'evolution des temperatures de surface, des apports autochtones et allochtones au cours des derniers 150 000 ans, montre que ce sont les forcages haute latitude qui ont influence le nord de la zone, alors qu'au contraire les forcages basse latitude ont plus fortement marque la region du cap blanc, au sud

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Marques, Alessandra Abe Pacini Schmidt. « The role of hydrogen and beryllium isotopes as tracers of solar and climate variability ». Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2010. http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2010/09.10.18.49.

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Résumé :

A história do clima terrestre e sua relação com a atividade solar podem ser reconstruídas a partir de informações encontradas em registros naturais. Dentre esses registros, os isótopos estáveis do hidrogênio e os radioisótopos cosmogênicos do berílio são usualmente analisados, retirados de diferentes matrizes naturais, especialmente de testemunhos de gelo e amostras de ar. Nesta tese, a razão deutério/hidrogênio, extraída de testemunhos de gelo, e a atividade do $^7$Be, medida em amostras de ar, foram utilizadas para o estudo do papel de diferentes fenômenos climáticos e solares em suas variações. Os dados de deutério foram obtidos a partir de testemunhos de gelos das regiões polares (Groenlândia e Antártica) e equatoriais (Andes) para as últimas quatro décadas (1951 1994). Foi encontrada uma periodicidade decadal nessas séries isotópicas, que parece ser o resultado de uma influência direta da modulação da irradiância solar no ciclo hidrológico global. Além disso, os resultados encontrados enfatizaram a importância dos regimes climáticos locais na variabilidade do deutério medido. Os dados de berílio-7 foram extraídos de amostras de ar coletadas próximas ao solo desde 1987 (com resolução temporal trimestral) nas cercanias da Usina Nuclear de Angra, no Rio de Janeiro, Brasil, e também de amostras de ar coletadas e medidas (semanalmente) pela nossa própria instrumentação instalada desde o final de 2008 no campus da Universidade Estadual do Rio de Janeiro. Dados e modelos numéricos da Universidade de Oulu, Finlândia, foram também utilizados na análise das origens da variabilidade do $^7$Be. Os resultados indicam que o forçante dominante da modulação dos dados de 7Be do Rio de Janeiro é o padrão regional de chuvas, tornando as variações locais da produção cosmogênica (causada por raios-cósmicos) não evidentes nos dados. Além disso, nossos resultados indicaram que eventos anômalos da dinâmica troposférica podem imprimir nos dados de $^7$Be as informações dos movimentos 3-D das massas de ar. Assim, essa tese explora as informações contidas nas séries temporais dos isótopos estudados, mostrando os potenciais usos científicos de cada um deles e destacando a necessidade de interpretações mais cuidadosas das modulações isotópicas utilizadas como traçadores de variações climáticas e solares.
The history of Earth's climate and the role of solar activity as a driver of the observed changes can be recovered through the study of natural records. Among them, stable isotopes of hydrogen and cosmogenic radioisotopes of beryllium are usually analyzed, especially from ice cores and air samples. In this thesis, deuterium/hydrogen ratio from ice cores and $^7$Be activity from air samples are analyzed to study the role of different climatic and solar phenomena in their variation. Deuterium isotope data were obtained from polar (Greenland, Antarctic) and equatorial (Andes) regions for the last four decades (1951-1994). It has been found that deuterium series present a decadal cycle, which might be a direct influence of solar irradiance modulation on the hydrological cycle. Furthermore, the results emphasize the importance of the local climatic system on the deuterium isotopic temporal variability. Berylium-7 data were obtained from near-ground air samples measured since 1987 around the Angras Nuclear Power Station (with 3-month time resolution) , in Rio de Janeiro, Brazil, and also from air-samples acquired by our own instrumentation installed in the campus of University of Rio de Janeiro State since late 2008 (with weekly time resolution). Data and model results from Oulu University, Finland, were also used in the $^7$Be variability study. For the Brazilian isotopic data, the dominant driver of its modulation was found to be the regional precipitation pattern, with the local production by cosmic-rays having a minor effect on its variability. Moreover, our results indicate that anomalous events of tropospheric dynamics may also imprint information about air masses 3-D movement in the near-ground air $^7$Be data. Thus, this thesis explores the information contained in the studied isotopic time series, showing the potential scientific uses of them and highlighting the necessity of more careful interpretations of the isotopic modulation as proxies of climatic and solar variations.

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Drösler, Matthias. « Trace gas exchange and climatic relevance of bog ecosystems, Southern Germany ». [S.l.] : [s.n.], 2005. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=977967735.

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Vadsaria, Tristan. « Identifier et modéliser les facteurs ayant contribué à la formation du dernier épisode de sapropèle en mer Méditerranée ». Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLV076/document.

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Depuis la fermeture du passage qui reliait la proto-Méditerranée à l’océan indien, il y a environ 14 Ma, celle-ci devient une mer semi fermée avec une seule connexion à l’océan mondial par Gibraltar. C’est dans ce contexte que se produisent des crises anoxiques régulières, les sapropèles. La forte concentration de matière organique caractérisant les dépôts de sapropèle, suggère une réduction drastique de la ventilation océanique profonde, ainsi qu'une activité biologique accrue permettant l’accumulation de la matière organique pendant plusieurs milliers d’années. Depuis leur découverte, il a été admis que l'amplification de la mousson africaine, associée aux changements d’insolation par la variation de la précession orbitale, permettait de déclencher les sapropèles. En effet de fortes précipitations sur le bassin versant du Nil, auraient permis au fleuve de déverser une importante quantité d'eau douce dans la Méditerranée orientale. Cette apport en eau douce, dans une mer très salée, aurait augmenté la stratification verticale, empêchant la convection et menant à une anoxie des eaux de fonds. Cependant, même si cette explication semble robuste, notamment par la corrélation entre la fréquence des sapropèles et celle de l'indice de précession, ces épisodes se produisent dans des contextes climatiques très différents, du Miocène à nos jours. Même en se limitant à ceux des derniers cycles glaciaires, ils laissent une empreinte sédimentaire variable que l'amplification du Nil seule ne peut expliquer. C'est particulièrement le cas du dernier sapropèle, le « S1 », le plus étudié, intervenu entre 10.5 et 7 ka BP, se produisant à la fin du dernier épisode glaciaire. De récents travaux, notamment de modélisation, ont montré que la chronologie des enregistrements entre la variation de la précession et l’amplification de la mousson Africaine, ne concordait pas avec celui du dépôt du S1. Ainsi d’autres facteurs, notamment la montée du niveau marin et les perturbations hydrologiques associées à la fonte non linéaire des calottes glaciaires, auraient favorisé la crise anoxique des eaux profondes du bassin Est méditerranéen. Dans cette thèse nous nous proposons, avec l’outil de la modélisation numérique, de revisiter le rôle de la contribution du Nil pendant le S1 mais aussi d’autres facteurs potentiellement plus déterminants. D’une part nous avons tiré avantage des récentes recherches effectuées sur l’εNd pendant la période du S1. Nous avons modélisé ce traceur (adapté à l’enregistrement des changements de la circulation océanique passé), dans un modèle couplé océan-atmosphère à haute résolution (1/8°) en Méditerranée, afin de représenter au mieux les changements de convection. D’autre part, afin d’inclure le plus de mécanismes contributeurs au S1, nous avons développé une plateforme de modélisation globale-régionale pour représenter le climat du bassin Méditerranéen, ainsi que sa circulation océanique pendant le début de l’Holocène, période du dépôt du S1. Enfin, grâce à cette plateforme, nous avons évalué la contribution de la fonte de la calotte glaciaire eurasiatique via la mer Noire, et son impact sur le bassin Méditerranéen oriental. Les résultats de cette thèse montrent premièrement comment la modélisation de l’εNd est un indicateur approprié des changements de circulation initiés par le Nil, et dont le signal simulé est corroboré par les données existantes. Notre plateforme de modèle a permis la simulation et l’identification, à un coût numérique moins important que le couplage océan-atmosphère, des changements hydrologiques majeurs du bassin Méditerranéen pendant le début de l’Holocène. Enfin, le sapropèle S1 est directement affecté par les perturbations hydrologiques associées à la fonte de la calotte eurasiatique préalablement à l’augmentation des moussons. Nous avons quantifié leur rôle respectif dans la déstabilisation de la ventilation profonde, et permis l’installation de conditions favorables au développement du sapropèle S1
Sapropel events are anoxic crisis occurring quasi-periodically (21000 years) since the Mediterranean Sea became semi enclosed around 14 Ma ago, with only one connection to the global ocean through the Gibraltar strait. The high level of organic content found in sapropels suggests the shutdown of the deep ventilation, and an enhanced biological activity leading to the accumulation of organic material in sediments for thousands of years. Numerous studies highlighted the role of African monsoon enhancement, linked to precession variation, as the trigger of sapropels. The increased precipitation over the Nile catchment provided a huge amount of freshwater through the Nile River into the salty Eastern Mediterranean, leading to a strong stratification of the water column, the reduction of intermediate and deep convection and ultimately to the development of anoxic environment. This hypothesis was robust enough to explain the sapropels due to the correlation between their frequency and precession variation. However, the diversity of these events in strength, duration and cyclicality cannot be entirely explained with this sole hypothesis. This is the case, for instance, of the last sapropel event, “S1”, which occurred between 10.5 and 7 ka BP, at the end of the last glacial episode. Recent works depicted the non-synchronous timing of the precession, monsoon enhancement and S1 deposition, and invoked other factors, such as sea level rise and climate variation to drive the establishment of anoxic environment in Mediterranean Sea. In this thesis, we investigate, with the help of climate modeling, the contribution of the Nile River during S1 but also other factors potentially more important. First, we took advantage of recent εNd data investigation during S1 to include this tracer, which is appropriate to assess the paleo-oceanic circulation, in a coupled ocean-atmosphere model at 1/8° to represent properly the changes in convection. In a second part, to account for other hydrological changes linked with the Early Holocene climate, we developed a global-regional model architecture to represent the Mediterranean region climate and its oceanic circulation. Finally, we use this model to evaluate the deglaciation of the Eurasian ice-sheet through the Black Sea toward the Eastern Mediterranean Sea. The main results show the capability of simulated εNd to capture the convection changes in response to high freshwater input, validated by data. Our model architecture allows the simulation of the Mediterranean Early Holocene climate and associated hydrological changes with a numerical cost lower than the coupled configuration. Finally, the continental deglaciation would be complementary to the sea level rise to destabilize the deep ventilation and lead to favorable condition to the development of S1. In summary, we developed three different approaches and dedicated tools to investigate the hydrological perturbations occurring prior to Early Holocene over the Mediterranean basin, which drastically modified the ocean dynamics to favor anoxia crisis

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Colbert, Angela Joy. « Sensitivity of North Atlantic Tropical Cyclone Tracks to Climate Variability and Climate Change ». Scholarly Repository, 2010. http://scholarlyrepository.miami.edu/oa_theses/64.

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Résumé :

This study examines the impact of natural climate variability and long-term climate change on North Atlantic tropical cyclone (TC) tracks. Using data from HURDAT for the period 1950-2007, we categorize Atlantic TCs that form in the Main Development Region into one of three track types: Straight-Moving (SM), Recurving Landfall (RCL), and Recurving Ocean (RCO) TCs. As expected, the SM storms are associated with a westward extension and strengthening of the North Atlantic Subtropical High (NASH) whereas the RCO storms coincide with a weakening of the NASH. The presence of El Nino conditions in the tropical Pacific is found to be associated with a weakening and eastward retreat of the NASH, an increase in the percentage of RCO TCs, and a decrease in the percentage of RCL TCs. Using 6-hourly wind fields from NCEP-NCAR Reanalyses, simulated tracks are computed for each historical storm in the sample using the Beta Advection Model (BAM). Using observed genesis locations, the BAM successfully reproduces the differences in TC tracks between SM, RCO and RCL storm types. When storm genesis is uniformly distributed over the MDR we find that RCL and RCO storms still exhibit a distinct difference in tracks, suggesting that differences in the large-scale steering flow over the tropical Atlantic are primarily responsible for their track differences. However the SM TCs exhibit a more northward track under the uniform genesis experiment, indicating that the more southern and western genesis location of these storms is an important contributor in determining their tracks. The observed difference between TC tracks during El Nino and La Nina events is also reproduced by the BAM under both observed and uniformly seeded genesis experiments, suggesting that it is the changes in the large-scale steering flow over the Atlantic that is responsible the larger percentage of RCO storm tracks during El Nino events. The influence of anthropogenic warming is examined using a 7 member ensemble comparing the 2xCO2 experiment to a pre-industrial control. Increased sea level pressure over the northeast and northwest quadrants of the Atlantic does not alter the average TC track.

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Lorrain, Anne. « Utilisation de la coquille Saint-Jacques comme traceur environnemental : approches biologique et biogéochimique ». Phd thesis, Université de Bretagne occidentale - Brest, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00452437.

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Dans l'optique de faire de la coquille Saint-Jacques, Pecten maximus, un outil de reconstruction environnementale, une approche liant la biologie, l'écologie et la biogéochimie a été développée. Dans un premier temps, l'étude des anomalies de croissance coquillière de la coquille Saint Jacques nous a permis de révéler des dysfonctionnements de la production primaire. En effet, ces anomalies sont associées à des efflorescences de diatomées carencées en certains éléments nutritifs (acide orthosilicique et/ou phosphates), et dont les propriétés qualitatives sont modifiées (agrégation). La mesure du δ15N et du δ13C dans les tissus de P. maximus et l'application des facteurs de fractionnement moyens admis dans la littérature, montrent que le phytoplancton n'est pas une ressource trophique majoritaire. Deux hypothèses principales découlent de cette observation 1) le phytoplancton constitue une source minoritaire de nourriture 2) les facteurs de fractionnement utilisés ne sont pas valables. D'autre part, les variations saisonnières du δ15N et δ13C ont pu être mises en relation avec les différentes priorités d'allocation d'énergie de cet organisme. Ce résultat ouvre des perspectives quant à l'utilisation de ces rapports isotopiques en tant qu'outils écophysiologiques. Les variations de δ18Ocalcite permettent de tracer l'évolution saisonnière de la température à ± 0,7°C. Le δ13C de la calcite décroît au cours de l'année et au cours de la vie des individus, il semble être contrôlé par des processus biologiques. Le δ13C pourrait devenir un outil d'étude du métabolisme des coquilles Saint-Jacques. Enfin, le développement méthodologique du système LA-ICP-MS permet l'obtention de profils d'éléments traces à une échelle journalière (Mg/Ca, Mn/Ca, Ba/Ca, Sr/Ca et Pb/Ca). Ces rapports semblent cependant être influencés par plusieurs facteurs environnementaux et/ou métaboliques. Des études supplémentaires sont nécessaires pour calibrer ces proxy élémentaires.

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Casado, Mathieu. « Water stable isotopic composition on the East Antarctic Plateau : measurements at low temperature of the vapour composition, utilisation as an atmospheric tracer and implication for paleoclimate studies ». Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV058/document.

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Résumé :

Les carottes de glace permettent de reconstruire le climat du passé, à partir entre autre de la composition isotopique de l’eau (δ18O, δ17O et δD). Sur le plateau Est Antarctique, les températures très froides et les faibles accumulations permettent de remonter le plus loin dans le passé (jusqu’à 800 000 ans) mais compliquent l’interprétation du signal isotopique. Premièrement, les reconstructions des variations de température dans les carottes de glace à partir des isotopes de l’eau se basent sur des modèles pour décrire l'évolution de la composition isotopique de la vapeur et de la phase condensée le long du cycle de l’eau. Ces modèles, qui ont été développés au cours des dernières décennies, reposent sur la connaissance de coefficients du fractionnement isotopique associé à chaque transition de phase et sur des hypothèses pour représenter la micro-physique des nuages.Lors de la formation de flocons de neige à basse température, 2 types de fractionnements isotopiques doivent être pris en compte : le fractionnement isotopique à l'équilibre, associé à la transition de phase vapeur-glace et le fractionnement isotopique cinétique lié aux différentes diffusivités des différents isotopes. A basse température, les déterminations des coefficients du fractionnement du fractionnement à l’équilibre présentent d’importantes différences et n’ont jamais pu être mesurées à des températures inférieures à -40°C. Or la température moyenne annuelle à Dome C est de -54°C atteignant jusqu’à -85°C l’hiver. Les diffusivités des différents isotopes quant à elles n’ont jamais été mesurées à des températures inférieures à 10°C. Toutes ces lacunes résultent dans des incertitudes importantes sur le lien entre la composition isotopique et la température dans des conditions comme celles du Plateau Est Antarctique.De plus, dans ces conditions froides et arides, les processus physiques qui affectent la composition isotopique de la neige après la déposition des flocons deviennent importants compte tenu du faible apport annuel de précipitation. Pour estimer l’impact de ces processus de post-déposition sur la composition isotopique, il est nécessaire de bien caractériser le fractionnement isotopique à l’interface neige/atmosphère pour des températures allant jusqu’à -90°C.Afin d’améliorer les reconstructions quantitatives de température l’étude des processus affectant la composition isotopique de la glace à très basse température est donc primordiale. Dans cette optique, ma thèse a été à l’interface entre les études de processus au laboratoire et en Antarctique et le développement instrumental afin de pouvoir réaliser des mesures isotopiques encore inédites, en particulier à très basse humidité. D’un côté, j'ai développé d’un nouveau spectromètre infrarouge aux performances bien au-delà des instruments commerciaux. En effet, la fréquence du laser est stabilisée par rétroaction optique par une cavité ultra-stable jusqu’à un niveau de stabilité de l’ordre du hertz. La lumière est ensuite injectée dans une cavité CRDS hautes performances avec une sensibilité de 10-13 cm-1.Hz-1/2. Ceci permet de mesurer la composition isotopique avec une précision inférieure au ppm.En parallèle, des expériences au laboratoire ont permis de renforcer les connaissances sur les processus affectant les isotopes de l’eau, en particulier le fractionnement lié à la transition de phase vapeur - glace et le fractionnement cinétique lié aux différentes diffusivités des différents isotopes en modélisant le fractionnement lié à la diffusion près d’un point froid. Enfin, durant une campagne en Antarctique, j’ai pu réaliser parmi les premières mesures de la composition isotopique de la vapeur et de la glace en Antarctique et appliquer les modèles physiques des processus à des données de terrain. Ces mesures montrent que le cycle de sublimation/condensation contribue de manière importante à la composition isotopique de la neige sur le plateau Est Antarctique
Ice cores enable reconstruction of past climates, from among others water stable isotopic composition (δ18O, δ17O et δD). On the East Antarctic Plateau, very cold temperature and low accumulation provide the longest ice core records (up to 800 000 years) but embrangle the interpretation of isotopic composition. First, reconstructions of temperature variations from ice core water isotopic composition are based on models used to describe the evolution of the isotopic composition of the vapour and of the condensed phase over the entire water cycle. These models have been developed during the last decades and depend upon precise determinations of isotopic fractionation coefficients associated to each phase transition and upon hypotheses to describe cloud microphysics.During the formation of snowflakes at low temperature, two types of isotopic fractionations need to be taken into account: equilibrium fractionation, associated to the vapour to ice phase transition and kinetic fractionation associated to the difference of diffusivity of the different isotopes. At low temperature, determinations of equilibrium fractionation coefficients present important discrepancies and have never been realised for temperature below -40°C. However, mean annual temperature at Dome C is around -54°C reaching -85°C in winter. For the diffusivities of the different isotopes, they have never been measured at temperature below 10°C. All these gaps result in important uncertainties on the link between isotopic composition and temperature, especially for cold and dry conditions such as encountered on the East Antarctic Plateau.Furthermore, because of the very low amount of precipitation, physical processes affecting the isotopic composition of the snow after the deposition of snowflakes can results in an important contribution to the isotopic budget. In order to estimate the impact of the post-deposition processes on the water vapour isotopic composition, it is necessary to characterise the isotopic fractionation at the snow/atmosphere interface for temperature down to -90°C.In order to improve isotopic paleothermometer performances, it is primordial to study processes affecting snow isotopic composition. Toward this goal, my Ph-D has been at the interface between monitoring of processes affecting isotopes, both in laboratory experiments and field studies, and instrumental development to push the limits of water vapour isotopic composition trace detection. On one hand, new developments in optical feedback frequency stabilisation applied for the first time to water isotopic composition monitoring provide performances beyond any commercial instrument and can be used for thorough processes studies. The laser frequency is stabilised by optical feedback from an ultra-stable cavity to the hertz level. Then, the light is injected in high performances cavity with a sensibility of 10-13 cm-1.Hz-1/2. This enables measuring isotopic composition with a precision below the ppm level.On the other hand, laboratory experiments have supported theories about isotopic fractionation associated to the vapour to ice phase transition and to kinetic fractionation linked to the difference of diffusivities of the different isotopes. Finally, these physical models have been collated to field measurements realised at Dome C in Antarctica, which are among the first water vapour and snow isotopic composition measurements realised inland Antarctica. These measurements show how important is the contribution of the sublimation condensation cycles to the snow isotopic composition budget on the East Antarctic Plateau

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Vicari, Rosa. « Digital traces of climate risks : assessing the communication impact of Paris resilience strategy ». Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC1168.

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Résumé :

Les pressions climatiques contribuent à la complexité des systèmes urbains, qui sont dotés de multiples fonctions et composantes en interaction. Le concept de résilience introduit une approche holistique qui englobe les composantes physico-environnementales et les composantes socioéconomiques de la ville. Cette thèse contribue au besoin actuel de forger ce lien dans l’étude des risques urbains liés aux aléas du climat. En particulier, la thèse tente de répondre à la question suivante : comment évaluer l’impact des discours sociaux sur la résilience urbaine?L’approche de la résilience consiste à surmonter la fragmentation dans la gestion des risques, en créant des synergies entre les acteurs. C’est un défi qui souligne l’importance de la "construction sociale de la réalité" : une dimension spécifique de la ville, qui correspond aux perceptions et aux attitudes de la communauté urbaine vis-à-vis d’un problème ou d’une solution. La définition d’indicateurs de communication pertinents permettrait de recueillir des données significatives sur ces perceptions et d’évaluer de leur impact sur la résilience.À partir de ces prémisses, cette thèse développe de nouveaux indicateurs de communication. Ces indicateurs ont été conçus et testés en région parisienne pour étudier les processus de communication qui caractérisent les stratégies locales de résilience aux risques climatiques.La première partie de cette étude s’articule autour des actions de communication mises en œuvre à Paris par les autorités locales, nationales et internationales, dans le cadre de stratégies de résilience aux inondations. Des variables de communication récurrentes et significatives ont été identifiées et utilisées pour définir des indicateurs de communication.Certains de ces indicateurs ont ensuite été testés. Dans une première série d’expériences, nous avons fait recours à des méthodes de recherche habituellement adoptées dans le domaine du SIA (Social Impact Assessment). Des techniques d’exploration de big data non structurés (text-mining avancé et représentation de réseaux complexes) ont été employées dans une deuxième série d’expérimentations.Les expériences d’évaluation de type SIA (veille médiatique, un questionnaire et des entretiens) ont été menées dans le cadre de la stratégie de communication de Interreg NWE IVB RainGain, un projet européen sur la résilience aux inondations en milieu urbain.L’impact de la communication a été analysé en termes quantitatifs (fréquence des actions de communication et audience) et qualitatifs (transfert de connaissances et de réduction de la perception du risque). L’évolution temporelle des impacts et la corrélation avec un autre facteur de résilience (météo) ont été également examinées.Les expériences basées sur le text-mining et la représentation de réseaux ont permis d’analyser les réseaux sociosémantiques qui sous-tendent les communications numériques.Quatre corpus de textes ont été extraits du Web : tweet et articles de presse concernant la crue de la Seine de 2016 et les inondations dans les Alpes-Maritimes de 2015; des documents institutionnels sur la gestion du risque de crue en région parisienne, publiés entre 2003 et 2017.L’analyse de ces corpus a été réalisée à l’aide de logiciels open source (Gargantext, Gephi), à travers plusieurs étapes : extraction de centaines de mots clés; représentations de réseaux à partir des cooccurrences de mots clés; visualisation de clusters basée sur une matrice d’adjacence; analyse quantitative des nœuds et des arêtes. Ceci a permis de détecter les thématiques et les acteurs les plus centraux, ainsi que les connexions fréquentes et les communautés de thématiques et acteurs qui caractérisent les discours médiatique et politique.En comparant les quatre corpus, il a été possible d’observer comment ces structures évoluent dans le contexte de deux événements météorologiques distincts, dans le court terme et dans le long terme
Climate pressures contribute to the complexity of urban systems that have multiple functions and interacting components. The concept of resilience introduces a holistic approach, embracing both the physical environmental and the socio-economic components of cities. This thesis contributes to the current need to forge this link when studying climate-related risks in urban areas. More specifically, it attempts to answer the question: how can we assess the impact of communication on urban resilience?‘Resilience thinking’ involves overcoming fragmentation in risk management, by creating synergies among stakeholders. It is a challenge that illustrates the importance of the ‘social construction of reality’: a specific dimension of the city that corresponds to the perceptions and attitudes of the urban community regarding an issue or solution. Identifying relevant communication indicators is a prerequisite to collecting meaningful data on stakeholder views and evaluating their impact on resilience.With these premises in mind, the thesis proposes new communication indicators. These indicators have been created and tested in the context of the Paris region to investigate the communication processes that underlie local climate resilience strategies.The first part of this study revolves around the communication actions implemented in Paris by local, national and international authorities in the framework of flood resilience strategies. Recurrent and relevant communication variables have been identified and used as a basis to outline communication indicators.Some of these indicators have then been tested. A first series of experiments are based on research methods that are usually adopted by SIA (Social Impact Assessment) experts. Exploration techniques of unstructured big data (advanced text mining and complex network representation) have been used for a second set of experiments.The experiments based on SIA techniques (press coverage monitoring, a questionnaire and interviews) have been carried out in the framework of the communication strategy of Interreg NWE IVB RainGain, a European project on urban flood resilience.Communication impact has been evaluated in both quantitative (frequency of communication activities and audience size) and qualitative terms (knowledge transfer and risk perception reduction). Impact evolution over time and correlations with another resilience driver (weather hazards) have been also addressed.The experiments based on text mining and network representation have resulted into an analysis of the socio-semantic networks that underlie digital communications.Four corpora of texts have been extracted from the Web: tweets and press news covering the Seine River flood of 2016 and the Alpes-Maritimes flood of 2015; public authorities’ documents on flood risk management in the Paris region, released from 2003 to 2017.The analysis of the corpora was supported by open source software (Gargantext and Gephi) and it has involved several steps: extraction of hundreds of key terms; network representations based on key term co-occurrences; cluster visualisation based on adjacency matrix; quantitative analysis of the nodes and edges. This has allowed appraising the most prominent topics and actors, as well as frequent connections and clusters of topics and actors that characterise the media and political debates.Through a comparison of the four corpora, it has been possible to observe ho these patterns change in the context of two different extreme weather events, in the short-term and in the long-term

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Anderson, David. « Feature tracking validation of storm tracks in model data ». Thesis, University of Reading, 2000. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.269957.

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Karroca, Ornela <1986&gt. « Molecular tracers and untargeted characterization of water soluble organic compounds in polar ice for climate change studies ». Doctoral thesis, Università Ca' Foscari Venezia, 2017. http://hdl.handle.net/10579/14079.

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In questo lavoro di tesi sono state svolte analisi target e untarget di composti organici in campioni di ghiaccio e di neve polari individuando la presenza di composti già noti e di nuove molecole. Le analisi target sono state focalizzate sull'analisi quantitativa di D- ed L- amminoacidi legati all'attività biologica e composti fenolici legati alla combustione di biomassa. Sono state eseguite successivamente analisi untarget con lo scopo di rilevare la presenza di nuove molecole e di studiarne il ruolo e il comportamento che potrebbero avere nell'ambiente e nel clima del passato. Un ulteriore lavoro è stato svolto sull'analisi quantitativa di acidi grassi in campioni di neve antartici focalizzandosi sull'ottimizzazione di un metodo di preconcentrazione su SPE con lo scopo di concentrare gli analiti presenti nei campioni ed essere analizzati con le tecniche apposite.

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Guido, Zack, Jennifer C. McIntosh, Shirley A. Papuga et Thomas Meixner. « Seasonal glacial meltwater contributions to surface water in the Bolivian Andes : A case study using environmental tracers ». ELSEVIER SCIENCE BV, 2016. http://hdl.handle.net/10150/626096.

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Study region: The Cordoriri watershed and vicinity in the Cordillera Real, Bolivia, South America Study focus: Recent warming has contributed to substantial reductions in glaciers in many regions around the globe. Melting of these glaciers alters the timing and magnitude of streamflows and diminishes water resources accumulated in past climates. These changes are especially acute in regions with small glaciers and problematic for populations relying on surface water. In Bolivia, most glaciers are less than 0.5 km(2) and about 2 million people draw water in part from glacier-fed watersheds. Sparse monitoring, however, has limited estimates of glacial meltwater contributions. The use of environmental tracers is one approach that can quantify the contributions of glaciers. We present isotopic and anion data for streams, reservoirs, arroyos, precipitation, and glaciers for the wet and dry seasons in 2010, 2011, and 2012. New hydrological insights for the region: Glacier meltwater data shows distinct seasonal isotopic values, presenting opportunities for end-member mixing analyses. From isotopes, we estimate 31-65% of the water measured in high altitude streams and reservoirs during the 2011 wet season originated from melting of ice and recent snow, while glacier ice contributed 39-71% of the water in reservoirs in the 2012 dry season. This study demonstrates that more comprehensive sampling in the region could quantify the contributions of glacial meltwater and nonglacial sources to surface water supplies. (C) 2016 The Author(s). Published by Elsevier B.V.

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Vadsaria, Tristan. « Identifier et modéliser les facteurs ayant contribué à la formation du dernier épisode de sapropèle en mer Méditerranée ». Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLV076.

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Résumé :

Depuis la fermeture du passage qui reliait la proto-Méditerranée à l’océan indien, il y a environ 14 Ma, celle-ci devient une mer semi fermée avec une seule connexion à l’océan mondial par Gibraltar. C’est dans ce contexte que se produisent des crises anoxiques régulières, les sapropèles. La forte concentration de matière organique caractérisant les dépôts de sapropèle, suggère une réduction drastique de la ventilation océanique profonde, ainsi qu'une activité biologique accrue permettant l’accumulation de la matière organique pendant plusieurs milliers d’années. Depuis leur découverte, il a été admis que l'amplification de la mousson africaine, associée aux changements d’insolation par la variation de la précession orbitale, permettait de déclencher les sapropèles. En effet de fortes précipitations sur le bassin versant du Nil, auraient permis au fleuve de déverser une importante quantité d'eau douce dans la Méditerranée orientale. Cette apport en eau douce, dans une mer très salée, aurait augmenté la stratification verticale, empêchant la convection et menant à une anoxie des eaux de fonds. Cependant, même si cette explication semble robuste, notamment par la corrélation entre la fréquence des sapropèles et celle de l'indice de précession, ces épisodes se produisent dans des contextes climatiques très différents, du Miocène à nos jours. Même en se limitant à ceux des derniers cycles glaciaires, ils laissent une empreinte sédimentaire variable que l'amplification du Nil seule ne peut expliquer. C'est particulièrement le cas du dernier sapropèle, le « S1 », le plus étudié, intervenu entre 10.5 et 7 ka BP, se produisant à la fin du dernier épisode glaciaire. De récents travaux, notamment de modélisation, ont montré que la chronologie des enregistrements entre la variation de la précession et l’amplification de la mousson Africaine, ne concordait pas avec celui du dépôt du S1. Ainsi d’autres facteurs, notamment la montée du niveau marin et les perturbations hydrologiques associées à la fonte non linéaire des calottes glaciaires, auraient favorisé la crise anoxique des eaux profondes du bassin Est méditerranéen. Dans cette thèse nous nous proposons, avec l’outil de la modélisation numérique, de revisiter le rôle de la contribution du Nil pendant le S1 mais aussi d’autres facteurs potentiellement plus déterminants. D’une part nous avons tiré avantage des récentes recherches effectuées sur l’εNd pendant la période du S1. Nous avons modélisé ce traceur (adapté à l’enregistrement des changements de la circulation océanique passé), dans un modèle couplé océan-atmosphère à haute résolution (1/8°) en Méditerranée, afin de représenter au mieux les changements de convection. D’autre part, afin d’inclure le plus de mécanismes contributeurs au S1, nous avons développé une plateforme de modélisation globale-régionale pour représenter le climat du bassin Méditerranéen, ainsi que sa circulation océanique pendant le début de l’Holocène, période du dépôt du S1. Enfin, grâce à cette plateforme, nous avons évalué la contribution de la fonte de la calotte glaciaire eurasiatique via la mer Noire, et son impact sur le bassin Méditerranéen oriental. Les résultats de cette thèse montrent premièrement comment la modélisation de l’εNd est un indicateur approprié des changements de circulation initiés par le Nil, et dont le signal simulé est corroboré par les données existantes. Notre plateforme de modèle a permis la simulation et l’identification, à un coût numérique moins important que le couplage océan-atmosphère, des changements hydrologiques majeurs du bassin Méditerranéen pendant le début de l’Holocène. Enfin, le sapropèle S1 est directement affecté par les perturbations hydrologiques associées à la fonte de la calotte eurasiatique préalablement à l’augmentation des moussons. Nous avons quantifié leur rôle respectif dans la déstabilisation de la ventilation profonde, et permis l’installation de conditions favorables au développement du sapropèle S1
Sapropel events are anoxic crisis occurring quasi-periodically (21000 years) since the Mediterranean Sea became semi enclosed around 14 Ma ago, with only one connection to the global ocean through the Gibraltar strait. The high level of organic content found in sapropels suggests the shutdown of the deep ventilation, and an enhanced biological activity leading to the accumulation of organic material in sediments for thousands of years. Numerous studies highlighted the role of African monsoon enhancement, linked to precession variation, as the trigger of sapropels. The increased precipitation over the Nile catchment provided a huge amount of freshwater through the Nile River into the salty Eastern Mediterranean, leading to a strong stratification of the water column, the reduction of intermediate and deep convection and ultimately to the development of anoxic environment. This hypothesis was robust enough to explain the sapropels due to the correlation between their frequency and precession variation. However, the diversity of these events in strength, duration and cyclicality cannot be entirely explained with this sole hypothesis. This is the case, for instance, of the last sapropel event, “S1”, which occurred between 10.5 and 7 ka BP, at the end of the last glacial episode. Recent works depicted the non-synchronous timing of the precession, monsoon enhancement and S1 deposition, and invoked other factors, such as sea level rise and climate variation to drive the establishment of anoxic environment in Mediterranean Sea. In this thesis, we investigate, with the help of climate modeling, the contribution of the Nile River during S1 but also other factors potentially more important. First, we took advantage of recent εNd data investigation during S1 to include this tracer, which is appropriate to assess the paleo-oceanic circulation, in a coupled ocean-atmosphere model at 1/8° to represent properly the changes in convection. In a second part, to account for other hydrological changes linked with the Early Holocene climate, we developed a global-regional model architecture to represent the Mediterranean region climate and its oceanic circulation. Finally, we use this model to evaluate the deglaciation of the Eurasian ice-sheet through the Black Sea toward the Eastern Mediterranean Sea. The main results show the capability of simulated εNd to capture the convection changes in response to high freshwater input, validated by data. Our model architecture allows the simulation of the Mediterranean Early Holocene climate and associated hydrological changes with a numerical cost lower than the coupled configuration. Finally, the continental deglaciation would be complementary to the sea level rise to destabilize the deep ventilation and lead to favorable condition to the development of S1. In summary, we developed three different approaches and dedicated tools to investigate the hydrological perturbations occurring prior to Early Holocene over the Mediterranean basin, which drastically modified the ocean dynamics to favor anoxia crisis

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Casado, Mathieu. « Water stable isotopic composition on the East Antarctic Plateau : measurements at low temperature of the vapour composition, utilisation as an atmospheric tracer and implication for paleoclimate studies ». Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV058.

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Résumé :

Les carottes de glace permettent de reconstruire le climat du passé, à partir entre autre de la composition isotopique de l’eau (δ18O, δ17O et δD). Sur le plateau Est Antarctique, les températures très froides et les faibles accumulations permettent de remonter le plus loin dans le passé (jusqu’à 800 000 ans) mais compliquent l’interprétation du signal isotopique. Premièrement, les reconstructions des variations de température dans les carottes de glace à partir des isotopes de l’eau se basent sur des modèles pour décrire l'évolution de la composition isotopique de la vapeur et de la phase condensée le long du cycle de l’eau. Ces modèles, qui ont été développés au cours des dernières décennies, reposent sur la connaissance de coefficients du fractionnement isotopique associé à chaque transition de phase et sur des hypothèses pour représenter la micro-physique des nuages.Lors de la formation de flocons de neige à basse température, 2 types de fractionnements isotopiques doivent être pris en compte : le fractionnement isotopique à l'équilibre, associé à la transition de phase vapeur-glace et le fractionnement isotopique cinétique lié aux différentes diffusivités des différents isotopes. A basse température, les déterminations des coefficients du fractionnement du fractionnement à l’équilibre présentent d’importantes différences et n’ont jamais pu être mesurées à des températures inférieures à -40°C. Or la température moyenne annuelle à Dome C est de -54°C atteignant jusqu’à -85°C l’hiver. Les diffusivités des différents isotopes quant à elles n’ont jamais été mesurées à des températures inférieures à 10°C. Toutes ces lacunes résultent dans des incertitudes importantes sur le lien entre la composition isotopique et la température dans des conditions comme celles du Plateau Est Antarctique.De plus, dans ces conditions froides et arides, les processus physiques qui affectent la composition isotopique de la neige après la déposition des flocons deviennent importants compte tenu du faible apport annuel de précipitation. Pour estimer l’impact de ces processus de post-déposition sur la composition isotopique, il est nécessaire de bien caractériser le fractionnement isotopique à l’interface neige/atmosphère pour des températures allant jusqu’à -90°C.Afin d’améliorer les reconstructions quantitatives de température l’étude des processus affectant la composition isotopique de la glace à très basse température est donc primordiale. Dans cette optique, ma thèse a été à l’interface entre les études de processus au laboratoire et en Antarctique et le développement instrumental afin de pouvoir réaliser des mesures isotopiques encore inédites, en particulier à très basse humidité. D’un côté, j'ai développé d’un nouveau spectromètre infrarouge aux performances bien au-delà des instruments commerciaux. En effet, la fréquence du laser est stabilisée par rétroaction optique par une cavité ultra-stable jusqu’à un niveau de stabilité de l’ordre du hertz. La lumière est ensuite injectée dans une cavité CRDS hautes performances avec une sensibilité de 10-13 cm-1.Hz-1/2. Ceci permet de mesurer la composition isotopique avec une précision inférieure au ppm.En parallèle, des expériences au laboratoire ont permis de renforcer les connaissances sur les processus affectant les isotopes de l’eau, en particulier le fractionnement lié à la transition de phase vapeur - glace et le fractionnement cinétique lié aux différentes diffusivités des différents isotopes en modélisant le fractionnement lié à la diffusion près d’un point froid. Enfin, durant une campagne en Antarctique, j’ai pu réaliser parmi les premières mesures de la composition isotopique de la vapeur et de la glace en Antarctique et appliquer les modèles physiques des processus à des données de terrain. Ces mesures montrent que le cycle de sublimation/condensation contribue de manière importante à la composition isotopique de la neige sur le plateau Est Antarctique
Ice cores enable reconstruction of past climates, from among others water stable isotopic composition (δ18O, δ17O et δD). On the East Antarctic Plateau, very cold temperature and low accumulation provide the longest ice core records (up to 800 000 years) but embrangle the interpretation of isotopic composition. First, reconstructions of temperature variations from ice core water isotopic composition are based on models used to describe the evolution of the isotopic composition of the vapour and of the condensed phase over the entire water cycle. These models have been developed during the last decades and depend upon precise determinations of isotopic fractionation coefficients associated to each phase transition and upon hypotheses to describe cloud microphysics.During the formation of snowflakes at low temperature, two types of isotopic fractionations need to be taken into account: equilibrium fractionation, associated to the vapour to ice phase transition and kinetic fractionation associated to the difference of diffusivity of the different isotopes. At low temperature, determinations of equilibrium fractionation coefficients present important discrepancies and have never been realised for temperature below -40°C. However, mean annual temperature at Dome C is around -54°C reaching -85°C in winter. For the diffusivities of the different isotopes, they have never been measured at temperature below 10°C. All these gaps result in important uncertainties on the link between isotopic composition and temperature, especially for cold and dry conditions such as encountered on the East Antarctic Plateau.Furthermore, because of the very low amount of precipitation, physical processes affecting the isotopic composition of the snow after the deposition of snowflakes can results in an important contribution to the isotopic budget. In order to estimate the impact of the post-deposition processes on the water vapour isotopic composition, it is necessary to characterise the isotopic fractionation at the snow/atmosphere interface for temperature down to -90°C.In order to improve isotopic paleothermometer performances, it is primordial to study processes affecting snow isotopic composition. Toward this goal, my Ph-D has been at the interface between monitoring of processes affecting isotopes, both in laboratory experiments and field studies, and instrumental development to push the limits of water vapour isotopic composition trace detection. On one hand, new developments in optical feedback frequency stabilisation applied for the first time to water isotopic composition monitoring provide performances beyond any commercial instrument and can be used for thorough processes studies. The laser frequency is stabilised by optical feedback from an ultra-stable cavity to the hertz level. Then, the light is injected in high performances cavity with a sensibility of 10-13 cm-1.Hz-1/2. This enables measuring isotopic composition with a precision below the ppm level.On the other hand, laboratory experiments have supported theories about isotopic fractionation associated to the vapour to ice phase transition and to kinetic fractionation linked to the difference of diffusivities of the different isotopes. Finally, these physical models have been collated to field measurements realised at Dome C in Antarctica, which are among the first water vapour and snow isotopic composition measurements realised inland Antarctica. These measurements show how important is the contribution of the sublimation condensation cycles to the snow isotopic composition budget on the East Antarctic Plateau

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Day, Christopher Charles. « Trace-metals and isotopes in carbonates : understanding past climate records ». Thesis, University of Oxford, 2009. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.555370.

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An increasing number of studies report stable-isotope and trace-element records in speleothems. This variation is controlled by diverse environmental variables including the climatically important variables, temperature and rainfall. There is, however, a paucity of laboratory studies attempting to understand the influence of these environmental controls on stalagmite geochemistry. Quantitative data from such studies would dramatically improve our ability to reconstruct palaeoclimate from stalagmites. This study produces a new calcite growth setup, which closely mimics natural processes (e.g. precipitation driven by C02 degassing, low ionic strength solution, thin solution film) but with a tight control on growth conditions (temperature, pC02, drip rate, calcite saturation index and the composition of the initial solution). Results of a series of experiments (12 experiments), which investigates synthetic calcite growth at four different temperatures (7, 15, 25 and 35°C) and three different drip rates (1.6,5.8 and 10.4 drips/min) provide important, new information on speleothem chemistry and how it relates to environmental conditions. A relationship between temperature, drip rate and growth rate is derived and shows that temperature is the dominant control on growth rate, although the effect of saturation index is not yet known. Varying degrees of δ180calcite equilibrium/disequilibrium are observed throughout the range of temperatures and drip rates and demonstrate that faster drip rates are more likely to produce 8180calcite in equilibrium with the drip solution. Trace metal results provide cave-analogue partition coefficient values for Mg, Co, Sr, Cd, Ba and U. In agreement with previous studies, Mg/Ca is shown to respond to both temperature and the percentage of calcite precipitated (%cp). D(Cd), not previously used in stalagmite studies, shows a more sensitive response to %cp and therefore has the potential to act as a proxy for effective rainfall with increases in Cd/Ca corresponding to wetter conditions. The near unity value of D(Co) limits the response of Co to %cp and therefore variation in Co/Ca should be indicative of a different kind of environmental change. In addition to the synthetic calcite experiments, early results were presented from palaeoclimate reconstruction studies in Southern Chile and Northern Morocco. U-Th chronology on the two Chilean stalagmites indicate growth during the second half of the Holocene period. The stable isotope records of both samples are comparable at 4ka BP but the records diverge after that period. Robust palaeoclimate interpretations are hampered by this divergence, by a lack of modern drip water data and of a duplicate zero-age stalagmite record. Results from Northern Morocco represent an inItial investigation of the suitability of Moroccan caves for future palaeoclimate work. Results indicate that Ghar Cahal, located close to Tetouan, may be suitable for retrieving palaeoclimate data that will be directly comparable with archaeological records from that same location.

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Soubrand-Colin, Marilyne. « Localisation, distribution et mobilité des ETM dans des sols développés sur roches basaltiques en climat tempéré ». Limoges, 2004. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/dc748927-4074-49be-a246-c087bcc555a1/blobholder:0/2004LIMO0046.pdf.

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De manière à connaître la distribution et la spéciation solide des éléments traces métalliques (ETM) dans les sols issus de l'altération supergène de basaltes et de basanites en climat tempéré, six sols du Massif Central français, soumis à des contextes microclimatiques différents, ont été étudiés. Les roches basaltiques tertiaires et les sols qui s'y sont développés sont riches en Cr (248-455 mg/kg) et en Ni (126-237 mg/kg). Les six sols ont tous des propriétés andiques, sont tous dépourvus d'allophanes mais riches en complexes organo-métalliques. Deux types de sols ont été distingués : andosols et cambisols andiques. Trois approches ont été couplées pour y étudier le devenir et la mobilité potentielle des ETM lors de l'altération supergène. 1) L'étude minéralogique a montré que dans les roches saines, les ETM étaient contenus dans les spinelles chromifères, les titanomagnétites et les silicates ferromagnésiens (forstérites et augites). Les deux principaux facteurs contrôlant la libération des ETM et leur piégeage dans des argiles associées à des oxyhydroxydesauthigènes, sont l'hydrolyse des silicates ferromagnésiens et la résistance des spinelles. 2) L'étude pédologique a mis en évidence les facteurs impliqués dans la distribution des ETM dans les sols développés sur basaltes grâce à deux méthodes quantitatives : les bilans iso-volumiques et les facteurs d'enrichissement. Ces calculs ont mis en évidence le rôle des facteurs pédologiques et lithologiques impliqués dans la distribution des ETM dans les sols. Cette étude a confirmé le contrôle minéralogique sur la distribution de Cr et Ni tandis que la matière organique et les complexes organo - minéraux influencent la distribution de Cu et Zn. Malgré la résistance des minéraux porteurs, Cr et Ni tendent à être conservés dans les cambisols andiques alors qu'ils sont partiellement lessivés dans les andosols situés en contexte plus froid et arrosé. L'influence des constituants organiques se traduit par une immobilisation de Cu et Zn alors que les éléments majeurs sont fortement lessivés (Na, Mg, Ca, Si). 3) Les extractions sélectives ont confirmé pour Cu, l'importance des associations avec les constituants organiques du sol. A la différence de ce qui a été constaté par d'autres auteurs sous des climats plus chauds, ce travail met en évidence la faible mobilité potentielle des ETM dans les sols andiques en climat tempéré montagnard
Six soils from the French Massif Central, submitted to different microclimatic environments, have been studied in order to determine the distribution and speciation of metallic trace elements (MTE) in the solid fraction of soils developed on weathered basalts and basanites. The tertiary basaltic rocks, and their subsequent developed soils, present high Cr (248-455 mg/kg) and Ni (126-237 mg/kg) contents. These soils are all andic soils, rich in organo - complexes but presenting no allophane. Three different approaches were combined to study the fate and the mobility of the MTE during supergene alteration. The mineralogical study of the unweathered rocks pointed out that MTE are present in the chromiferous spinels, the titanomagnetites and in the ferromagnesian silicates (forsterite and augite). The hydrolysis of the ferromagnesian silicates as well as the spinels resistance to alteration are the two main parameters respectively controlling the released of the MTE and their retention in clays associated to the authigenic iron oxides. Isovolumic balance and enrichment factor are the two quantitative methods carried out to evidence the pedological and lithological roles of these parameters involved in the MTE distribution in the three soils developed on basalts. This study confirmed the mineralogical control on the Cr and Ni distribution whereas the Cu and Zn distribution is related to organic matter and organo - minerals complexes. Despite the alteration strength of the mineralogical carriers, Cr and Ni tend to be partially released from the leaching of andosols in colder and higher rainfall conditions on the contrary to the andic cambisols environments where Cr and Ni are preserved. The organic components role is evidenced by the immobilisation of Cu and Zn whereas the major elements (Na, Mg, Ca, Si) are highly released. The selective extractions confirmed the main association of Cu with the soil organic components. This study highlight the low potential mobility of the MTE in mountainous temperate climate on the contrary to previous works carried out in warmer climate environments

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Winkler, Renato. « Triple-oxygen isotopic composition of meteoric waters : 17 O-excess a new tracer of the hydrological cycle ». Versailles-St Quentin en Yvelines, 2012. http://www.theses.fr/2012VERS0040.

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Les enregistrements des carottes glaciaires permettent de renseigner les mécanismes climatiques des derniers 800 000 ans et ainsi d'améliorer les projections climatiques pour le futur. Cette thèse est basée sur l'utilisation de la composition isotopique de l'eau dans les carottes de glace pour l'étude des mécanismes du cycle hydrologique global. Nous avons analysé la composition isotopique triple de l'eau (17Oexcess) comme traceur de l'humidité relative lors de l'évaporation au-dessus de l'océan. Les résultats principaux sont les suivants : des études de calibration au laboratoire et sur le terrain (NEEM, Groenland) ont permis de démontrer de façon quantitative les potentiels et limites du nouveau traceur 17Oexcess pour la reconstruction de l'humidité relative de la source d'évaporation ; alors que le 17Oexcess mesuré dans les carottes de glace côtière de l'Antarctique est un bon traceur de l'humidité relative de la source, il n'est pas utilisable comme traceur du cycle hydrologique quand il est mesuré dans les régions très froides de l'Antarctique de l'Est. Des études de modélisation isotopique montrent en effet que le 17Oexcess dans les régions extrêmement froides est essentiellement contrôlé par des effets locaux (température ou apport d'eau stratosphérique via le vortex polaire) ; une étude combinée de modélisation isotopique (GCM) et de mesures de la composition isotopique de la neige en Antarctique (Vostok) a suggéré un apport significatif d'eau de la stratosphère dans cette région isolée. Cette signature stratosphérique provient de fractionnements indépendants de la masse et est identifiable dans la mesure du 17Oexcess à l'échelle interannuelle
Ice cores from polar ice sheets (Antarctica and Greenland) provide a precious climate archive which has allowed us to document the past climate and environment. The ice core records permit to gain insight in the mechanisms of global climate and help to predict future climate change. This PhD thesis has made use of the water isotopic composition of polar ice cores to investigate the mechanisms of the global hydrological cycle, which is a key element of Earth's Climate system. In our work we have analyzed 17O-excess (triple-oxygen isotopic composition of water) of meteoric waters which is a tracer of relative humidity over the ocean at evaporation. Our work has let to progress in the following aspects : analytical work in the laboratory and field (NEEM, Greenland) improved the robustness of 17O-excess calibration and consolidated its use as a tracer of the relative humidity at evaporation for the present and past climate ; while 17O-excess is a very valuable tracer of relative humidity of the oceanic source of coastal ice core sites in Antarctica, 17O-excess records from remote regions of the East Antarctic Plateau are not suitable as tracers of past relative humidity over the ocean. This finding is linked to results provided by our modelling studies where we could show that 17O-excess in ice from these remote sites (e. G. Vostok) is influenced by local effects (temperature or stratospheric input) ; isotopic analysis of snow together with General Circulation Modelling at Vostok revealed for the first time a possible stratospheric water vapour input at Vostok and suggested Mass-Independent Fractionation effects on the inter annual 17O-excess variability

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Arnoux, Marie. « Interactions lacs-eaux souterraines et sensibilité aux changements climatiques et environnementaux ». Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS581/document.

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Face à l’augmentation actuelle des pressions anthropiques sur les réserves d’eaux douces, leur préservation, et notamment celle des eaux souterraines, est primordiale. Les interactions entre les lacs et les eaux souterraines sont étudiées ici afin d’identifier si certains lacs peuvent être utilisés comme indicateurs de changements qualitatifs et quantitatifs des eaux souterraines, spécialement au Québec où plus de 10% du territoire est recouvert d’eaux douces avec un million de lacs recensés. Une vingtaine de petits lacs de Kettle, situés dans des dépôts fluvioglaciaires, ont été spécifiquement choisis pour leur très probable interconnexion avec les aquifères libres peu profonds. Les flux d'eaux souterraines ont été quantifiés via les bilans hydrologiques des lacs couplés aux deux traceurs naturels des eaux souterraines que sont les isotopes stables de la molécule d’eau et le radon 222.A l’échelle régionale, ces lacs présentent un apport annuel et un temps de renouvellement relativement rapide par les eaux souterraines. A l’échelle locale, la modélisation journalière multicouches d’un lac témoin (le lac Lacasse) montre l’importance de la mesure des traceurs, et leur complémentarité, sur la colonne d’eau en fonction des saisons. Différents scénarii d’évolution climatique et environnementale ont ensuite été testés sur les bilans hydrologiques à long terme. Les résultats montrent que la sensibilité de la composition isotopique des lacs à l’horizon 2050 face à l’évolution de la recharge est principalement contrôlée par le pourcentage que représente l’apport des eaux souterraines dans le total de leurs apports en eau, avec une sensibilité optimale pour une fraction de 50 à 80% des apports totaux. Par l’amélioration des connaissances sur les interactions entre lacs et eaux souterraines et sur les outils qui les mettent en évidence, ce travail de recherche a montré que la signature géochimique des lacs peut être utilisée comme indicateur du devenir des ressources en eaux souterraines face aux changements climatiques et environnementaux, pour une meilleure gestion durable de ces hydro systèmes
In the face of modern anthropogenic pressures, the preservation of freshwater resources, particularly groundwater, is paramount. This study investigates interactions between small lakes and groundwater in Quebec, where more than 10% of the territory is covered by freshwater including one million inventoried lakes, to determine whether these lakes may be used as indicators of groundwater change. Twenty-one kettle lakes, set in fluvioglacial deposits, have been specifically targeted for this study due to the high likelihood of connection to shallow unconfined aquifers. Groundwater flows were quantified via lake water balances coupled with two natural tracers of groundwater: stable isotopes of water and Radon-222. On a regional scale the majority of these lakes are characterized by an important annual groundwater inflow and a short-to-medium groundwater flushing time. Daily multi-layer modeling of one of the study lakes, Lake Lacasse, highlights the importance of conducting measurements of these complementary tracers on the water column at the local scale. Different climate and environmental change scenarios were tested to determine the long-term evolution of lake geochemistry. The results indicate that the sensitivity of the isotopic composition of lake water to changes in recharge by year 2050 is mainly controlled by the amount of the total lake balance contributed by groundwater, with an optimum sensitivity for 50-80% of the total inflows contributed by groundwater. This research demonstrates that the geochemical signatures of lakes can be used to indicate future groundwater change in response to climate and environmental evolution, which may assist in improvements to the sustainable management of freshwater resources

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Follows, Michael John. « A statistical-dynamical climate model to trace gas transport and chemistry in the troposphere ». Thesis, University of East Anglia, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.278041.

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Bourdin, Clément. « Enregistrement des variations climatiques par les éléments traces dans les spéléothèmes ». Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00863089.

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Les spéléothèmes (concrétions carbonatées se formant dans les zones karstiques) sont des archives paleo-climatiques reconnues, dont l'intérêt majeur est de pouvoir être datées précisément par la méthode Uranium-Thorium. En revanche, les traceurs traditionnellement utilisés pour reconstruire les climats passés à partir de ces objets géologiques ne sont pas directement quantifiables en termes de paramètres climatiques comme la température moyenne, ou la quantité de précipitation. Les variations des concentrations en éléments traces contenus dans les spéléothèmes ont pu être relié dans certains sites aux changements climatiques passés, mais des doutes existent sur la robustesse de leur signal au sein d'une même grotte et entre différents sites.Nous nous sommes appliqués à déterminer les variations au cours des 50 000 dernières années de plusieurs catégories d'éléments (alcalino-terreux, uranium, et terres rares) dans des stalagmites de deux grottes situées dans le sud de la France (les grottes de Villars en Dordogne et de Chauvet en Ardèche), par spectrométrie ICP-MS. Les spéléothèmes sélectionnés ont déjà été datés et ont enregistré les variations paleo-environnementales à travers les isotopes stables de la calcite. Trois périodes d'étude caractérisées par des changements particuliers sont étudiées: le stade isotopique 3 de la dernière période glaciaire (~50-30 ka), la dernière déglaciation (~20-10 ka) et la fin de l'Holocène (~2-0 ka).Le signal des variations des alcalino-terreux à Villars pendant le stade isotopique 3 est significatif et robuste. La variabilité du strontium notamment, qui provient de processus hydrologiques intra-karst, suit les événements climatiques rapides enregistrés dans l'hémisphère Nord. D'autre part, le comportement de nombreux éléments traces pendant la déglaciation est similaire entre les grottes de Villars et de Chauvet. Enfin, des changements du couvert végétal sont probablement à l'origine des changements synchrones enregistrés par les éléments traces et les isotopes stables de la calcite au cours des deux derniers millénaires à Villars.Par ailleurs, l'étude des coefficients de partition des alcalino-terreux, de l'uranium et des terres rares dans des conditions variées montre l'importante de la variabilité inter-site de leur partitionnement.

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Duval, Bastien. « Ecodynamics of trace metals and metalloids in Pyrenean lakes in relation to climate change and anthropogenic pressure ». Thesis, Pau, 2020. http://www.theses.fr/2020PAUU3046.

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Résumé :

La gestion et la conservation des lacs de haute montagne Pyrénéens dans le contexte actuel du changement climatique et de l’augmentation de la pression anthropique nécessitent une connaissance approfondie de leur fonctionnement biogéochimique. Dans cette thèse, cinq campagnes d’échantillonnage ont été réalisées (2017-2019) dans plus de 20 lacs alpins. L’analyse d’échantillons d’eau nous a permis d’étudier les teneurs, les profils en profondeurs, la répartition géographique, et les variations saisonnières de nombreuses caractéristiques physico-chimiques et biogéochimiques. Le cycle du dioxyde de carbone (CO2) et le devenir des Eléments Traces Potentiellement Dangereux (PHTEs) ont été étudiés. Le mercure (Hg) a été particulièrement étudié au travers du développement d’une procédure analytique pour la détermination de concentrations en traces dans les eaux naturelles et de recherches biogéochimiques sur la distribution et le devenir des espèces du Hg dans la colonne d’eau, et dans des archives de sédiments.La procédure développée pour analyser l’alcalinité totale (TA) et le carbone inorganique dissous (DIC) nous a permis de déterminer les autres paramètres du système du CO2, le pH et la fugacité du CO2 (fCO2). Les spécificités du substrat rocheux apparaissent essentielles pour l’état d’acidification des lacs étudiés. De plus, les valeurs de fCO2 obtenues montrent que les lacs sont des sources de CO2 pour l’atmosphère.La mesure de divers paramètres physico-chimiques nous a permis de classer les lacs en fonction de leur géochimie de l’eau mettant en évidence l’importance de l’état trophique des lacs, des caractéristiques géologiques et des apports atmosphériques. La présence, les sources et le comportement des PHTEs ont été étudiés, démontrant un contraste entre les apports géologiques et atmosphériques. Le suivi intensif a démontré que certains PHTEs sont très sensibles aux changements environnementaux comme la température et les conditions redox.La mesure des concentrations de Hg total dans les systèmes aquatiques reste complexe et il est nécessaire de développer des méthodes analytiques moins coûteuses et faciles d’utilisation. La méthode développée et optimisée dans ce travail a été appliquée avec succès et a montré une bonne limite de détection et une excellente répétabilité. La spéciation du Hg dans la colonne d’eau a démontré l’état intact et la dynamique des lacs Pyrénéens. L’homogénéité dans les concentrations de Hg total non-gazeux a confirmé l’absence de sources locales et l’utilisation potentielle de ces écosystèmes en tant que sentinelles de la contamination régionale et globale du Hg. Alors que lemercure inorganique (iHg) n’a pas montré de variations saisonnières, le monométhylmercure (MMHg) a été significativement plus élevé en automne 2018 et le mercure gazeux dissous (DGM) a fortement varié parmi les lacs. Les expérimentation in-situ ont confirmé les conditions qui favorisent la méthylation (eaux anoxiques stratifiées), la déméthylation et la photoréduction (intense lumière UV) du Hg.L’analyse des archives de sédiments a mis en lumière les tendances temporelles des taux d’accumulation du Hg (HgARs), avec une augmentation progressive depuis le 16ème siècle et l’industrialisation, reflétant la production de Hg dans les mines d’Almadén. Les isotopes stables du Hg permettent de tracer certaines sources anthropiques ainsi que les variations climatiques passées.Globalement, les changements environnementaux dans les écosystèmes des lacs, provoqués à la fois par les conditions climatiques (température, intensité lumineuse) et la pression anthropique (apports atmosphériques, eutrophisation, CO2 atmosphérique) sont susceptibles d’entrainer des répercussions importantes parmi le CO2, certains PHTEs et le cycle biogéochimique du Hg dans les écosystèmes montagnards
The management and conservation of Pyrenean high mountain lakes within the current context of climate change and increasing anthropogenic pressure require detailed knowledge of their biogeochemical functioning. In this doctoral thesis, five sampling campaigns were carried out (2017-2019) in more than 20 alpine lakes. The analysis of water samples allowed us to study the occurrence, the depth profiles, the geographical distribution and the seasonal trends of a large array of physico-chemical and biogeochemical parameters. Specifically, the cycle of carbon dioxide (CO2) and the fate of Potentially Harmful Trace Elements (PHTEs) were investigated. The mercury (Hg) was specially studied through the development of an analytical procedure for the measurement of trace concentrations in natural waters and through biogeochemical investigations on the distribution and the fate of Hg species in the water column, as well as in sediment archives.The new and robust procedure developed in this work to measure the total alkalinity (TA) and the dissolved inorganic carbon (DIC) allowed us to determine the other two parameters of the CO2 system, the pH and the fugacity of CO2 (fCO2). The bedrock characteristics of the watershed appear to be the most important parameters influencing the acid status of the studied lakes. Moreover, obtained fCO2 values indicate that lakes are sources of CO2 for the atmosphere.The measurement of various physico-chemical parameters allowed us to discriminate and classify the studied lakes according to their water geochemistry, highlighting the importance of the trophic status of the lakes, the geological background and the atmospheric inputs. The occurrence, sources and behaviour of the PHTEs were investigated with evidence of a contrast between geological and atmospheric inputs. Intensive monitoring revealed some PHTEs to be highly sensitive to environmental changes such as temperature and redox conditions.Monitoring natural concentrations of total Hg in aquatic systems remains a difficult challenge and there is a need for the development of low cost and easy handling analytical methods. The method for analysis of trace Hg concentrations developed and optimized in this work was successfully operational and exhibits a suitable limit of detection and an excellent reproducibility. Hg speciation results in the water column demonstrated the pristine state and the dynamic of the Pyrenean lakes. The homogeneity in the non-gaseous total Hg concentrations in the studied lakes confirmed the absence of local sources and the potential use of these ecosystems as sentinels of regional to global Hg contamination. While inorganic mercury (iHg) did not show seasonal variations, monomethylmercury(MMHg) was significantly higher in autumn 2018 and dissolved gaseous mercury (DGM) varied strongly within and among lakes. In-situ experiments confirmed the conditions that promote Hg methylation (stratified anoxic waters), demethylation and photoreduction (intense UV light).The historical Hg record in sediment archives highlighted temporal trends in Hg accumulation rates (HgARs) with a progressive increase since the 16th Century and the industrialization, mirroring the Hg production in Almadén mines (Southern Spain). Besides, Hg stable isotopes allow the identification of distinct anthropogenic sources as well as past climate variability.Overall, environmental changes in lake ecosystems, induced by either climatic conditions (temperature, light intensity) or anthropogenic pressure (atmospheric inputs, eutrophication, atmospheric CO2) are likely to produce significant impacts among CO2, specific PHTEs and Hg biogeochemical cycles in mountainous ecosystems

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Cartapanis, Olivier. « Variabilité de la zone de minimum d’oxygène du Pacifique Est équatorial au cours du Quaternaire récent ». Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4365/document.

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Résumé :

Cette thèse a pour objectifs de documenter les variations spatiotemporelles de la zone de minimum d’oxygène (OMZ) du Pacifique Nord-Est, et d’identifier les mécanismes qui ont causé ces variations. L’étude est fondée sur l’analyse géochimique des composants majeurs, mineurs et traces de sédiments prélevés dans le Pacifique Nord-Est, en combinant des mesures par ICP-MS et scanneur XRF. Ces mesures ont permis de distinguer l’effet de la productivité biologique de celui de la ventilation océanique sur l’oxygénation du sédiment. J’ai pu mettre en évidence le rôle prépondérant de la productivité au niveau de la Basse Californie (23°N), qui varie en phase avec les températures en Atlantique Nord durant les 120.000 dernières années. Par ailleurs, la ventilation océanique a probablement joué un rôle important au niveau du golfe de Papagayo (12°N), par l’advection de masses d’eau provenant des hautes latitudes nord et sud. L’intensité de l’OMZ du Pacifique Nord-Est serait donc influencée par des modifications des circulations océaniques et atmosphériques, liées aux climats des hautes latitudes des deux hémisphères
This thesis aims at documenting the spatiotemporal variations of the Oxygen Minimum Zone (OMZ) of the northeastern Pacific, and identifying the mechanisms that caused theses variations. The study is based on the geochemical analyses of major, minor, and trace elements of sediments from the northeastern Pacific, by combining ICP-MS and XRF scans measurements. These measurements allowed distinguishing the effect of biologic productivity and oceanic ventilation on sediment oxygenation. I was able to highlight the predominant impact of the productivity off the Baja California Margin (23°N), which varied in phase with the high northern Atlantic temperature across the past 120,000 years. Moreover, oceanic ventilation did play an important role off the Papagayo Gulf (12°N), because of the advection of water mass coming from the high northern and southern latitudes. OMS intensity in the northeastern Pacific could thus be influenced by changes in the atmospheric and oceanic circulation, in relation to high northern and southern latitudes climates

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Knowland, Katherine Emma. « Linking mid-latitude storms, atmospheric composition and climate variability ». Thesis, University of Edinburgh, 2016. http://hdl.handle.net/1842/15975.

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Résumé :

In this thesis, the role of mid-latitude cyclones in air pollution transport in the Northern Hemisphere is quantified. The storm tracking model, TRACK, is used to study the mechanisms through which pollution, specifically ozone (O3) and carbon monoxide (CO), are vented from the boundary layer to the free troposphere and thus transported over large distances, as well as the introduction of O3 from the stratosphere into the troposphere. The relationship between mid-latitude cyclones and air pollution transport of O3 and CO is explored for the first time using the Monitoring Atmospheric Composition and Climate (MACC) reanalysis, a combined meteorology and composition reanalysis dataset. A comparison between springtime surface ozone measurements at rural background sites on the west coast of Europe and cyclone track frequency in the surrounding regions was used to first establish the correlation between cyclone location and surface air quality. The focus is on spring as it tends to be the season of maximum intercontinental transport of O3. The surface observations were compared to the MACC O3 values at the same locations and case studies of how cyclones can influence surface O3 measurements are described. When cyclones track north of 53°N, there is a significant probability that the surface O3 will be high (> the 75th percentile), due to the close proximity to stratospheric intrusions and the transport at low levels across the North Atlantic Ocean. The most intense spring cyclones (95th percentile) were selected for two regions, the North Atlantic and the North Pacific, for further investigation into the mechanisms which impact O3 and CO concentrations near cyclones. These intense cyclones ( 60 over each region) often tracked over the major emission sources of eastern North America and East Asia. The distributions of MACC O3 and CO within a "typical" intense cyclone are examined by compositing the cyclones together. The cyclone-centered composites were compared to background composites of "average conditions" created by sampling the reanalysis data of the previous year to the cyclone locations. Mid-latitude cyclones are found to redistribute concentrations of O3 and CO horizontally and vertically throughout the cyclone. This is clearly shown to occur through two main mechanisms: (1) vertical lifting of CO-rich and O3-poor air isentropically from near the surface to the mid- to upper-troposphere in the region of the warm conveyor belt; and (2) descent of O3-rich and CO-poor air isentropically in the vicinity of the dry intrusion, from the stratosphere toward the mid-troposphere. This work was expanded to identify the links between teleconnection patterns, mainly the North Atlantic Oscillation (NAO), that affect the major storm track pathways in the North Atlantic sector and the distribution of MACC O3 and CO throughout the troposphere and lower stratosphere. For this analysis, TRACK was used to calculate seasonal weighted-average O3 and CO distribution maps based on the monthly NAO index. During positive NAO phase, the persistence of low pressures over the North Atlantic coupled with the Azores High promotes transport across the North Atlantic throughout the troposphere. During negative NAO phase, blocking high pressure in the eastern North Atlantic are known to occur, which shifts transport pathways to a more southerly zonal flow. This work demonstrates the complex relationship between the horizontal and vertical distribution of pollution, including surface concentrations, and synoptic-scale systems.

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Christensen, Torben Rojle. « Exchange of radiatively active trace gases in tundra environments, with particular attention to methane ». Thesis, University of Cambridge, 1994. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.319526.

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Lavergne, Aliénor. « Evaluation de l'archive naturelle cernes d'arbre comme traceur du climat passé au nord de la Patagonie ». Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV004/document.

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Résumé :

L’Hémisphère Sud, et plus précisément le sud de l’Amérique du Sud, sont très sous-représentés dans les reconstitutions climatiques globales du fait d’un manque de données paléoclimatiques robustes. Mes travaux de thèse ont donc porté sur l’évaluation de l’archive naturelle cernes d’arbre, abondante le long de la Cordillère des Andes, comme traceur paléoclimatique. Je me suis ainsi appliquée à étudier la réponse régionale de deux espèces d’arbre (Fitzroya cupressoides et Nothofagus pumilio) natives du nord de la Patagonie (41°S, Argentine) aux forçages climatiques externes en analysant leurs différents paramètres physiques. Pour cela, j’ai commencé par déterminer l’influence du climat local et de grande échelle sur leur croissance en étudiant les variations temporelles de leurs largeurs de cerne, puis j’ai essayé d’extraire le signal climatique enregistré dans la composition isotopique de l’oxygène et du carbone de la cellulose de ces cernes. Deux résultats majeurs de ma thèse ont émergé: j’ai mis en évidence (1) des réponses non-linéaires de la croissance au cours du temps liées aux changements de régimes climatiques et, (2) le fort potentiel du delta18O et delta13C de la cellulose pour enregistrer les variations de température d’été-automne sur une large région aux latitudes moyennes de l’Amérique du Sud (35°-55°S). Du fait des relations fortes qui les lient aux températures, les outils isotopiques peuvent être utilisés pour reconstituer des chronologies de température mais aussi des modes climatiques tels que l’Oscillation Antarctique
The Southern Hemisphere, and particularly southern South America, are very under-represented in global climate reconstructions due to a lack of robust paleoclimatic data. My thesis was therefore focused on the evaluation of the tree-ring archive, which is widespread along the Andes, as a paleoclimatic tracer. I studied the regional response to external climate forcing of two native species (Fitzroya cupressoides and Nothofagus pumilio) in northern Patagonia (41°S, Argentina), by analysing their different physical tree-ring parameters. In this perspective, I analysed the temporal variations of the width and of the oxygen and carbon isotopic compositions of the cellulose of their rings and related them to local and large-scale climate variations. Two major results of my thesis have emerged: I highlighted (1) non-linear growth responses over time related to shifts in climate regimes and, (2) the potential of cellulose delta18O and delta13C to record summer-autumn temperature variations over a large area in the mid latitudes of South America (35°-55°S). As their variations are strongly linked to temperature the isotopic tools can be used to reconstruct chronologies of temperature but also of climate modes such as the Southern Annular Mode

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Lavergne, Aliénor. « Evaluation de l'archive naturelle cernes d'arbre comme traceur du climat passé au nord de la Patagonie ». Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV004.

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Résumé :

L’Hémisphère Sud, et plus précisément le sud de l’Amérique du Sud, sont très sous-représentés dans les reconstitutions climatiques globales du fait d’un manque de données paléoclimatiques robustes. Mes travaux de thèse ont donc porté sur l’évaluation de l’archive naturelle cernes d’arbre, abondante le long de la Cordillère des Andes, comme traceur paléoclimatique. Je me suis ainsi appliquée à étudier la réponse régionale de deux espèces d’arbre (Fitzroya cupressoides et Nothofagus pumilio) natives du nord de la Patagonie (41°S, Argentine) aux forçages climatiques externes en analysant leurs différents paramètres physiques. Pour cela, j’ai commencé par déterminer l’influence du climat local et de grande échelle sur leur croissance en étudiant les variations temporelles de leurs largeurs de cerne, puis j’ai essayé d’extraire le signal climatique enregistré dans la composition isotopique de l’oxygène et du carbone de la cellulose de ces cernes. Deux résultats majeurs de ma thèse ont émergé: j’ai mis en évidence (1) des réponses non-linéaires de la croissance au cours du temps liées aux changements de régimes climatiques et, (2) le fort potentiel du delta18O et delta13C de la cellulose pour enregistrer les variations de température d’été-automne sur une large région aux latitudes moyennes de l’Amérique du Sud (35°-55°S). Du fait des relations fortes qui les lient aux températures, les outils isotopiques peuvent être utilisés pour reconstituer des chronologies de température mais aussi des modes climatiques tels que l’Oscillation Antarctique
The Southern Hemisphere, and particularly southern South America, are very under-represented in global climate reconstructions due to a lack of robust paleoclimatic data. My thesis was therefore focused on the evaluation of the tree-ring archive, which is widespread along the Andes, as a paleoclimatic tracer. I studied the regional response to external climate forcing of two native species (Fitzroya cupressoides and Nothofagus pumilio) in northern Patagonia (41°S, Argentina), by analysing their different physical tree-ring parameters. In this perspective, I analysed the temporal variations of the width and of the oxygen and carbon isotopic compositions of the cellulose of their rings and related them to local and large-scale climate variations. Two major results of my thesis have emerged: I highlighted (1) non-linear growth responses over time related to shifts in climate regimes and, (2) the potential of cellulose delta18O and delta13C to record summer-autumn temperature variations over a large area in the mid latitudes of South America (35°-55°S). As their variations are strongly linked to temperature the isotopic tools can be used to reconstruct chronologies of temperature but also of climate modes such as the Southern Annular Mode

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Martias, Chloé. « Dynamique de la matière organique dissoute colorée et fluorescente en zone lagonaire tropicale dans le Pacifique Sud (Nouvelle Calédonie) : influences climatiques et anthropogéniques ». Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0133/document.

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Le lagon de la Nouvelle Calédonie (Pacifique Sud-Ouest), est drainé par les entrées fluviales et océaniques sous la pression de l’érosion des sols ultramafiques (enrichies en Nickel et Cobalt). Le but de cette thèse était de mieux comprendre les sources et la variabilité spatio-temporelle de la matière organique dissoute colorée (MODC) et fluorescente (MODF) le long de continuum rivière-côte-lagon-large en zone lagonaire tropicale du Pacifique dans un contexte de changement climatique et d’anthropisation locale (activité minière). Les côtes Est et Ouest calédoniennes ont été échantillonnées pendant 1 an et demi et pendant la campagne CALIOPE 3 (côte Est) lors d’un épisode El Niño fort (2015-2016), ponctués de forts épisodes pluvieux. L’analyse parallèle factorielle (PARAFAC) des matrices d’excitation-émission de fluorescence (MEEFs) a abouti à l’indentifications de 5 fluorophores : humique-like marin, 2 tyrosine-like, et tryptophane-like d’origine autochtone issus des compartiments phytoplanctoniques et bactériens, et un fluorophore humique-like d’origine allochtone provenant des rivières drainant les côtes. La MODC à 350 et 442 nm suivait une dynamique fortement dépendante des apports fluviaux pouvant être découplée de la dynamique de la MODF. La MODF sur la côte Est suivait un cycle saisonnier (saison sèche/humide) contrairement à la côte Ouest dépendante de d'évènements pluvieux sporadiques. Des fluorophores (humique, tyrosine et tryptophane-like) ont montré des affinités avec certains métaux traces (Nickel, Manganèse, Cobalt) ce qui a permis de développer une expérience de quenching de fluorescence pour déterminer le pouvoir complexant de la MODF naturelle
New Caledonia (South-West Pacific) is a tropical area under strong environmental pressure (climate change and local anthropogenic forcing). The aim of this thesis was to gain a better understanding of the colored (CDOM) and fluorescent (FDOM) dissolved organic matter dynamic in the New Caledonia Lagoon where strong ultramafic erosion pressure is associated with trace metals (i.e., nickel, manganese and cobalt). 3D spectrofluorimetry was used to characterize the CDOM/FDOM. The West and East coasts were sampled during one year and a half in a context of El Niño (2015-2016), interrupted by strong rainy events (storms) and during CALIOPE 3 cruise (East coast). A parallel factor analysis (PARAFAC) of EEMF led to the identification of 5 fluorophores: marine humic-like, 2 tyrosine-like and tryptophan-like peaks (T2 peak) from the biological balance between phytoplankton and bacterioplankton and a terrestrial humic-like from rivers draining caledonian coast. The CDOM signal at 350 and 442 nm had a strong dependency on river inputs accentuated during storms and revealed photodegraded CDOM. The FDOM signal in the East showed a seasonal cycle (wet/dry season) contrary to the West coast depending on sporadic rainy events. Data acquired during the CALIOPE 3 were coupled with trace metal concentrations, biogeochemical parameters, and plankton communities. Some fluorophores displayed a preferential association with nickel and cobalt. The complexation capacities of these fluorophores toward trace metals were revealed by a quenching experiment that allowed to derive complexation constants

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Berry, Ryan S. « Rapid Savanna Response to Changing Precipitation Intensity ». DigitalCommons@USU, 2016. https://digitalcommons.usu.edu/etd/4971.

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As the atmosphere warms, precipitation events are likely to become less frequent but more intense. While extensive efforts have been made to understand how changes in mean annual precipitation will affect plant growth, particularly in semi-arid systems, relatively little is known about how increasing precipitation intensity will affect plant growth and hydrologic cycles. A recent study by Kulmatiski and Beard (2013) found that small increases in precipitation intensity increased woody plant growth and decreased grass growth in a three-year experiment in a savanna system, Kruger National Park. Here we report results from the following two years of that experiment. Due to naturally large precipitation events, plant available water was similar between treatment and control plots in the last two years of the study allowing us to test woody plant and grass responses to treatment removal (i.e., legacy effects). Treatment effects on grass and tree growth disappeared within months of treatment removal. However, due to a legacy effect of treatments, tree mass was greater in treatment that control plots at the end of the experiment. Measurements of root recruitment and hydrological tracer uptake, but not root volume helped explain plant growth responses to treatments. Results suggest that savanna plants respond rapidly to changes in precipitation intensity, but because of legacy effects, occasional increases in precipitation intensity can result in long-term shrub encroachment.

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Abadie, Cyril. « Les isotopes du fer comme traceurs du cycle du fer dans le secteur atlantique de l'océan Austral ». Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2922/.

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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
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

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Arias, Ruiz Camilo. « High resolution climate records from modern and last interglacial periods derived from giant clam shells (Tridacnidae) in Sulawesi, Indonesia ». Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4081/document.

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Des coquilles de bénitiers géants (Famille Tridacnidae) ont étés utilisées pour reconstruire des conditions climatiques au cours des dernières périodes interglaciaires dans l’ île de Sulawesi , en Indonésie. Des analyses géochimiques sur des coquilles modernes, ont montré que ces organismes enregistrent effectivement la variation de l ’environnement dans lequel ils habitent , en termes de : température, salinité, précipitations et apports en nutriments . Le s résultat s principaux ont été la reproductibilité du signal géochimique dans deux espèces différentes et l’enregistrement des anomalies climatiques liées au phénomène La Niña en 2010. La datation à travers l’Uranium - Thorium a mis en évidence des récifs formés lors du début de la dernière période interglaciaire (MIS - 5) et de l’avant dernière interglaciaire ou MIS - 7. La comparaison entre reconstructions modernes et fossiles a donné comme résultats : 1) des conditions de température en moyenne plus froides et avec une saisonnalité réduite pour ces deux périodes (début du MIS - 5 et MIS - 7), liée à des conditions plus sèches.2) Ces paramètres répondent systématiquement aux variations du niveau marin et témoignent la forte interaction entre la circulation atmosphérique et océanique dans la région .3) La variabilité interannuelle SST/SSS présente des oscillations dans la même amplitude qu’aujourd’hui pour la période du MIS - 5, cependant pour le MIS 7, ces oscillations sont réduites autour de 50 % par rapport à l’actuelle . 4) Le Mg/Ca présente une forte variation taxonomique, des études complémentaires sont nécessaires pour enlever le facteur biologique du signal géochimique. 5) Le Ba/Ca et le 13C sont potentiellement liées aux processus d’upwelling et/ou variations de salinité
Giant clam shells (Tridacnidae family) were used to reconstruct climatic conditions during the last interglacial periods in Indonesia's Sulawesi Island. Geochemical analyzes on modern shells have shown that these organisms actually record the variation of the environment in which they live, in terms of: temperature, salinity, precipitation and nutrient inputs. The main results were the reproducibility of the geochemical signal in two different species, as well as the recording of the climatic anomalies related to the La Niña phenomenon in 2010. Uranium-series dating revealed reefs formed at the beginning of the last interglacial period (MIS-5) and the penultimate interglacial or MIS-7. The comparison between modern and fossil reconstructions gave the following main results: 1) colder average temperature conditions with reduced seasonality for both periods (beginning of MIS-5 and MIS-7) due to drier conditions.2) These parameters respond systematically to a decrease / increase of the sea level and testify the strong interaction between the atmospheric and ocean circulation in the region3) The interannual variability of SST / SSS presents oscillations in the same amplitude as today for the MIS-5 period, however for MIS 7, these oscillations are reduced around 50% compared to the current interglacial4) The Mg/Ca ratio has a strong taxonomic variation, additional studies are needed to remove the biological factor related to geochemical signal. 5) Ba/Ca present a potential use as tracers of upwelling processes and/ or variations in salinity. Giant clam shells (Tridacnidae family) were used to reconstruct climatic conditions during the last interglacial periods in Indonesia's Sulawesi Island. Geochemical analyzes on modern shells have shown that these organisms actually record the variation of the environment in which they live, in terms of: temperature, salinity, precipitation and nutrient inputs. The main results were the reproducibility of the geochemical signal

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Shah, Syed Asif Ali <1990&gt. « Reconstruction of past atmospheric deposition of trace elements in a coastal Antarctic ice core climate archive ». Master's Degree Thesis, Università Ca' Foscari Venezia, 2017. http://hdl.handle.net/10579/10526.

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Geibel, Marc Christoph [Verfasser], Wolfgang [Akademischer Betreuer] Weigand et Christoph [Akademischer Betreuer] Gerbig. « Measurement of climate-relevant trace gases via infrared spectroscopy / Marc Christoph Geibel. Gutachter : Wolfgang Weigand ; Christoph Gerbig ». Jena : Thüringer Universitäts- und Landesbibliothek Jena, 2011. http://d-nb.info/1016620160/34.

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Zaharescu, Dragos G., Peter S. Hooda, Carmen I. Burghelea, Viktor Polyakov et Antonio Palanca-Soler. « Climate change enhances the mobilisation of naturally occurring metals in high altitude environments ». ELSEVIER SCIENCE BV, 2016. http://hdl.handle.net/10150/615547.

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Manmade climate change has expressed a plethora of complex effects on Earth's biogeochemical compartments. Climate change may also affect the mobilisation of natural metal sources, with potential ecological consequences beyond mountains' geographical limits; however, this question has remained largely unexplored. We investigated this by analysing a number of key climatic factors in relationship with trace metal accumulation in the sediment core of a Pyrenean lake. The sediment metal contents showed increasing accumulation trend over time, and their levels varied in step with recent climate change. The findings further revealed that a rise in the elevation of freezing level, a general increase in the frequency of drier periods, changes in the frequency of winter freezing days and a reducing snow cover since the early 1980s, together are responsible for the observed variability and augmented accumulation of trace metals. Our results provide clear evidence of increased mobilisation of natural metal sources - an overlooked effect of climate change on the environment. With further alterations in climate equilibrium predicted over the ensuing decades, it is likely that mountain catchments in metamorphic areas may become significant sources of trace metals, with potentially harmful consequences for the wider environment.

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Ourbak, Timothée. « Variations climatiques interannuelles à interdécennales dans le Pacifique tropical telles qu'enregistrées par les traceurs géochimiques contenus dans les coraux massifs ». Bordeaux 1, 2006. http://www.theses.fr/2006BOR13193.

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Résumé :

L'étude des paléoclimats tropicaux est importante pour cerner les variabilités climatiques liées au changement global et, à terme, l'augmentation de la capacité de prédiction climatique. A ce titre, les coraux massifs apparaissent comme d'excellents enregistreurs des climats marins tropicaux. Ainsi les variations du contenu géochimique des squelettes des coraux massifs varient corollairement à l'évolution des paramètres environnementaux. Ce travail met en évidence l'intérêt d'analyses couplées (isotopes stables δ18O et δ13C et éléments trace, Sr/Ca, U/Ca, Ba/Ca, Mg/Ca et Ba/Ca) pour comprendre entre autre la variabilité des températures et des salinités de surface de l'océan. Les méthodes existantes ainsi que celles développées dans le cadre de cette étude lors de la phase de calibration sont appliquées à deux sites d'étude situés dans le pacifique tropical Sud Ouest. Ainsi, plus de 500 ans d'enregistrement des températures et des salinités sont reconstruites en continu, montrant des variations de type interdécennales marquées, qui s'expliquent essentiellement par la courantologie des masses d'eaux au Sud de l'île de la Nouvelle Calédonie. De forts événements ENSO (El Niño Southern Oscillation) ont également été mis en évidence aux alentours de 1600. L'autre site d'étude, Wallis, d'interprétation plus complexe, semble présenter des variations liées aux modulations basse fréquence de la SPCZ (South Pacific Convergence Zone). Finalement, ces résultats sont remis en perspective dans un cadre plus général et une synthèse des différents outils offerts aux paléoclimatologues est produite, incorporant les résultats issus des présents travaux.

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Louarn, Essyllt. « Étude de la variabilité de la circulation des masses d'eau profondes en Atlantique Nord en relation avec le climat : utilisation des traceurs transitoires halocarbonés ». Brest, 2008. http://www.theses.fr/2008BRES2035.

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Résumé :

La variabilité de la circulation profonde en Atlantique Nord est étudiée dans le contexte du changement climatique à l’aide des traceurs transitoires halocarbonés (CFC-11, CFC-12, CFC-113 et CCI4). Des campagnes hydrographiques datant de 1991 à 2006 sont utilisées, d’une part pour étudier la formation de masses d’eau de l’Atlantique Nord : l’eau de la Mer de Méditerranée (MSW) et l’eau de la Mer du Labrador (LSW), et, d’autre part, pour étudier la variation des propriétés et du transport des masses d’eau profondes en Atlantique Nord. L’étude de la MSW montre la présence d’une masse d’eau peu oxygénée, avec une forte concentration de silicate dans le Golfe de Cadi caractéristique de l’eau Antarctique Intermédiaire, Elle entre dans la formation de la veine inférieure de la MSW. L’étude de la uLSW dan la Mer d’lmminger met en évidence la variabilité des sites de formation de cette eau, Elle se forme tous les ans en Mer du Labrador et peut s’étendre vers le nord au Sud Groenland (observé 2005). Elle se forme également en Mer d’lmminger en 2002 et 2005. Les eaux de la LSW présentent une forte variation depuis les années 1990. Il est observé un changement de régime des profondeurs de convection associé à une diminution du transport de CFC-1 1 due à cette eau. Les caractéristiques de l’eau de débordement du détroit du Danemark (DSOW) en Mer d ‘Imminger dépendent du mélange, notamment de la présence de l’eau de surface polaire. Finalement, l’étude des flux de CFC-11 au nord de la section Ovide met en évidence une diminution des échanges océan-atmosphère en 2006 due à une diminution de la couche de mélange, entraînant une diminution de l’assimilation de CO2
The North Atlantic deep circulation variability is studied regarding global change. The variability is assessed using halocarbonated tracers (CFC-11, CFC-1 2, CFC-113 and CC14) and studying hydrographic cruises spanning from 1991 to 2006. In this work, water mass formation (Mediterranean Sea Water and Labrador Sea Water) and North Atlantic deep water masses properties and transport variability are studied. First, in the Gulf of Cadiz, the presence of a old and high-silicate water, caracterized as Antarctic lntermediate Water, is observed. That water is seen as participating to the lower Mediterranean Sea Water out of the Gulf. The formation site of the upper Labrador Sea Water is observed wider than formerly considered. It forms every year in the central Labrador Sea, that zone, under certain conditions, extends to the north South of Greenland (2005). Under severe wintertime, deep convection can occur in the Imminger Sea as observed in this study in 1997 and 2002. Second, the variability of the Labrador Sea Water is high since the 90’s. A reduction of the maximal convection depth is observed, at the same time the CFC-1 1 transport decreased at the level of the LSW. The Denmark Strait Overflow Water variability observed in the lmminger Sea is linked to a change in proportion of different waters composing it, in particular the presence of Polar Surface Water. Finally the CFC-11 fluxes north of the North Atlantic show a diminution of the air-sea exchange above that area especially in 2006 due to a decrease of the winter mixed layer depth, supporting a decrease of the uptake of anthropogenic carbon in that area

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Martias, Chloé. « Dynamique de la matière organique dissoute colorée et fluorescente en zone lagonaire tropicale dans le Pacifique Sud (Nouvelle Calédonie) : influences climatiques et anthropogéniques ». Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0133.

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Résumé :

Le lagon de la Nouvelle Calédonie (Pacifique Sud-Ouest), est drainé par les entrées fluviales et océaniques sous la pression de l’érosion des sols ultramafiques (enrichies en Nickel et Cobalt). Le but de cette thèse était de mieux comprendre les sources et la variabilité spatio-temporelle de la matière organique dissoute colorée (MODC) et fluorescente (MODF) le long de continuum rivière-côte-lagon-large en zone lagonaire tropicale du Pacifique dans un contexte de changement climatique et d’anthropisation locale (activité minière). Les côtes Est et Ouest calédoniennes ont été échantillonnées pendant 1 an et demi et pendant la campagne CALIOPE 3 (côte Est) lors d’un épisode El Niño fort (2015-2016), ponctués de forts épisodes pluvieux. L’analyse parallèle factorielle (PARAFAC) des matrices d’excitation-émission de fluorescence (MEEFs) a abouti à l’indentifications de 5 fluorophores : humique-like marin, 2 tyrosine-like, et tryptophane-like d’origine autochtone issus des compartiments phytoplanctoniques et bactériens, et un fluorophore humique-like d’origine allochtone provenant des rivières drainant les côtes. La MODC à 350 et 442 nm suivait une dynamique fortement dépendante des apports fluviaux pouvant être découplée de la dynamique de la MODF. La MODF sur la côte Est suivait un cycle saisonnier (saison sèche/humide) contrairement à la côte Ouest dépendante de d'évènements pluvieux sporadiques. Des fluorophores (humique, tyrosine et tryptophane-like) ont montré des affinités avec certains métaux traces (Nickel, Manganèse, Cobalt) ce qui a permis de développer une expérience de quenching de fluorescence pour déterminer le pouvoir complexant de la MODF naturelle
New Caledonia (South-West Pacific) is a tropical area under strong environmental pressure (climate change and local anthropogenic forcing). The aim of this thesis was to gain a better understanding of the colored (CDOM) and fluorescent (FDOM) dissolved organic matter dynamic in the New Caledonia Lagoon where strong ultramafic erosion pressure is associated with trace metals (i.e., nickel, manganese and cobalt). 3D spectrofluorimetry was used to characterize the CDOM/FDOM. The West and East coasts were sampled during one year and a half in a context of El Niño (2015-2016), interrupted by strong rainy events (storms) and during CALIOPE 3 cruise (East coast). A parallel factor analysis (PARAFAC) of EEMF led to the identification of 5 fluorophores: marine humic-like, 2 tyrosine-like and tryptophan-like peaks (T2 peak) from the biological balance between phytoplankton and bacterioplankton and a terrestrial humic-like from rivers draining caledonian coast. The CDOM signal at 350 and 442 nm had a strong dependency on river inputs accentuated during storms and revealed photodegraded CDOM. The FDOM signal in the East showed a seasonal cycle (wet/dry season) contrary to the West coast depending on sporadic rainy events. Data acquired during the CALIOPE 3 were coupled with trace metal concentrations, biogeochemical parameters, and plankton communities. Some fluorophores displayed a preferential association with nickel and cobalt. The complexation capacities of these fluorophores toward trace metals were revealed by a quenching experiment that allowed to derive complexation constants

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Austin, P. J. E. « Palaeoconductivity, lake level fluctuations and trace element history of the Aral Sea since 400 AD : assessing the impact of natural climatic variability and anthropogenic activity ». Thesis, University College London (University of London), 2008. http://discovery.ucl.ac.uk/1446039/.

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Résumé :

As part of the INTAS funded CLIMAN project into Holocene climatic variability and the evolution of human settlement in the Aral Sea basin, fossil diatoms obtained from Chernyshov Bay in the Aral Sea have been examined in order to reconstruct conductivity and lake level change since ca. 400 AD. In an effort to establish whether fluctuations in lake level are a result of natural climatic variation or human activity across the region, the values of 613C of organic material (8I3Corg) have also been determined. The extent of anthropogenic impact on the lake has also been assessed by ascertaining the history of trace metal (Cd, Pb and Hg) contamination. Palaeoconductivity has been derived using the EDDI diatom-conductivity transfer function. Results indicate a waterbody that fluctuates between fresh and oligosaline conditions which is punctuated by three phases of elevated conductivity, all within the mesosaline range and corresponding low lake levels at ca. 400 AD, ca. 1195 - 1355 AD and ca. 1780 AD to the present day. These regressions are confirmed by diatom habitat requirements, where, due to the morphology of the lake, planktonic species are indicative of regressive phases. The C/N ratio of organic material (< 10) throughout the core indicates that 8,3Corg provides a record of within lake productivity rather than switches of vegetation in the lake's catchment. The highest values are seen to correspond with high diatom inferred conductivity and low lake levels, due to increased salinity, residence time and algai productivity. This suggests that the severity of the observed lake level changes were a result of the natural diversion of the principal source of the lake's hydrological inputs, the Amu Darya river and anthropogenic activity in the form of irrigation, social upheaval and military conflict. Since 400 AD, the trace metal record from Chernyshov Bay indicates no local or long range anthropogenic contamination of Pb and Hg. Increases of Cd over the last ca. 100 years may be related to increased fertilizer application in tandem with increased cultivation in the region.

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Potier, Hugo. « Major and trace elements in the changing Arctic environment : interactions between C-N-Mo-V biogeochemical cycles ». Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2024SORUS094.pdf.

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Résumé :

L'augmentation des températures et des précipitations résultant du changement climatique impacte profondément le fonctionnement des écosystèmes Arctiques. En particulier, l'augmentation de la productivité primaire liée à la levée des contraintes thermiques et hydriques pour la croissance végétale, couplée aux changements de nature du couvert végétal et au dégel du pergélisol, sont susceptibles d'engendrer de profondes modifications des cycles biogéochimiques des éléments qui constituent la matière organique, et notamment le carbone (C) et l'azote (N). Un levier majeur à la limitation par l'azote de la croissance végétale pourrait résider dans l'augmentation des flux de fixation biologique de l'azote (BNF), un processus microbien qui nécessite, entre autres, du molybdène (Mo) ou du vanadium (V). L'abondance de ces deux éléments traces pourraient ainsi elle-même limiter la disponibilité de l'azote et donc la croissance végétale dans ces écosystèmes. Ces travaux de recherche visent à améliorer notre compréhension des interactions entre les cycles biogéochimiques des éléments majeurs (C, N) et traces (Mo, V) dans ces environnements au travers des processus mentionnés précédemment. Ce travail s'est principalement focalisé sur l'apport des données stœchiométriques de différents compartiments d'habitats subarctiques situés dans la région d'Abisko, au nord de la Suède, et présentant des caractéristiques végétales et pédologiques contrastées. La caractérisation des stocks élémentaires dans la biomasse aérienne et les sols de ces habitats a permis de mettre en évidence l'importance majeure des variations de composition végétale sur la répartition de ces stocks entre des compartiments de biomasse présentant des dynamiques différentes, ainsi que les liens assez faibles entre stocks élémentaires dans la biomasse aérienne et dans les sols. La contribution de plusieurs processus pouvant expliquer les enrichissements variables du Mo et du V en surface de ces habitats a été explorée et a mis en évidence une opposition majeure entre les influences lithogénique et biologique sur l'abondance de ces deux éléments traces et l'importance de la physicochimie de la solution du sol sur leur mobilité. Enfin, une approche de modélisation de ces données a mis en évidence les liens forts entre C, N, Mo et V dans la stœchiométrie des sols et suggère que les sols organiques abritent une activité de fixation de l'azote particulièrement marquée. Les résultats de cette thèse soulignent les contraintes marquées sur l'ensemble des éléments majeurs et traces induites par des variations de couvertures végétales dans les environnements Arctiques et la potentielle limitation de la BNF par la disponibilité de Mo et V. Ces résultats appellent à une caractérisation plus fine de la biodisponibilité de ces éléments traces en lien avec des mesures centrées sur le processus de fixation pour poursuivre l'exploration de ces limitations, ainsi qu'à considérer l'interaction des cycles biogéochimiques des éléments traces et majeurs pour le devenir des écosystèmes Arctiques
Climate change is deeply affecting the functioning of Arctic ecosystems through increases in temperature and precipitation in these environments. In particular, the increase in primary productivity resulting from the lifting of thermal and hydric constraints on plant growth, coupled with changes in the nature of the plant cover and the thawing of permafrost, is likely to induce significant constraints on the biogeochemical cycles of elements composing organic matter, especially carbon (C) and nitrogen (N). An important lever to reduce nitrogen limitation of plant growth could be to increase the flux of biological nitrogen fixation (BNF), a microbial process that requires, among other elements, molybdenum (Mo) or vanadium (V). The abundance of these two trace elements may thus limit the availability of nitrogen and, therefore, the plant growth in those ecosystems. The aim of this research work is to improve our understanding of the interactions between the biogeochemical cycles of major (C, N) and trace (Mo, V) elements in these environments. It explores the potential of using stoichiometric data collected in subarctic habitats with contrasting plant and soil characteristics of the Abisko region (northern Sweden). The quantification of elemental stocks in aboveground biomass and soils highlighted the importance of variations in plant community composition for the distribution of these stocks in biomass compartments with different dynamics, as well as the relatively weak links in elemental stocks between aboveground biomass and soils. Considering several processes potentially involved in soil surface enrichment of Mo and V, both elements have distinct behaviours in light of the respective contribution of lithogenic and biological influences and the role of physicochemical conditions for their mobility. A modelling approach highlighted the strong links between N, Mo and V in soil stoichiometry and suggested that organic soils have a relatively important nitrogen-fixing activity. The results of this thesis highlight the strong interaction between major and trace elements, their expected modifications as induced by changes in vegetation in the Arctic, and the potential limitation of BNF by the availability of Mo and V. These results call for a more detailed characterisation of the bioavailability of these trace elements to microbial communities combined with measurements focusing on the BNF process in order to further explore these limitations. Finally, this work points out the need to continue exploring the interaction of biogeochemical cycles of major and trace elements for the future of Arctic ecosystems

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Hoppe, Charlotte Marinke [Verfasser]. « A Lagrangian transport core for the simulation of stratospheric trace species in a Chemistry Climate Model / Charlotte Marinke Hoppe ». Wuppertal : Universitätsbibliothek Wuppertal, 2014. http://d-nb.info/1062997387/34.

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Boyd, Meighan. « Speleothems from Warm Climates : Holocene Records from the Caribbean and Mediterranean Regions ». Doctoral thesis, Stockholms universitet, Institutionen för naturgeografi, 2015. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-121750.

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Résumé :

This thesis contributes to increased knowledge on Holocene climate and environmental variability from two complex and sparsely studied areas. Using a speleothem from Gasparee Cave, Trinidad, as a paleoclimate archive, the local expression of the 8.2 ka (thousand years before 1950) climate event and associated patterns of the inter-tropical convergence zone (ITCZ) and rainfall is provided. Subsequent speleothem studies using multi-proxy analysis of stalagmites from Kapsia Cave and Alepotrypa Cave, Greece, provide records of climate, vegetation and human induced changes in the cave environment during parts of the Holocene. The speleothems from the well-studied Neolithic habitation site, Alepotrypa Cave, have produced a climate and habitation record which covers the period of 6.3-1.0 ka. The cave was inhabited between 8.0-5.2 ka and was closed by a tectonic event, which has preserved the settlement. The stable oxygen record shows the first well-dated and robust expression of the 4.2 ka dry event in the Peloponnese, places the timing of the 3.2 ka dry event within an ongoing dry period, and shows a final dry event at 1.6 ka. The North Atlantic as well as more regional drivers, such as the North Sea Caspian Pattern Index is proposed to, in a complex interplay, govern many of the climate trends and events observed. Trace element variation after the site is abandoned indicate what is interpreted as two volcanic eruptions, the Minoan eruption of Thera (Santorini) around 3.6 ka and the 2.7 ka eruption of Somma (Vesuvius). Variations in trace elements during the habitation period show clear human influence, indicating an association with specific cave activities. One of the most interesting prospects for continued work on Alepotrypa Cave is this successful marriage of speleothem studies and archeology. A framework of dates which constrain some behavior of people living in the cave is only the beginning, and there is great potential to continue finding new clues in the speleothem data.
Denna avhandling bidrar till ökad kunskap om klimatets variationer och miljön i två geografiskt skilda områden på låga breddgrader och under tidsperioder inom den Holocena epoken. Genom att använda en droppsten (stalagmit) från Gasparee-grottan, Trinidad, som ett paleoklimatarkiv, har det bland annat varit möjligt att visa att Trinidad upplevde torrare förhållanden under den snabba klimatförändring som observerats ske för 8200 år sedan på många platser i världen. Denna torrare klimatsituation i Trinidad föreslås vara ett resultat av en sydlig förflyttning av den intertropiska konvergenszonen. Övriga stalagmiter som studerats för denna avhandling kommer från Kapsia-grottan och Alepotrypa-grottan som finns på Peloponnesos-halvön i Grekland. Resultaten därifrån speglar dels klimat- och vegetationsvariatoner och dels graden av mänsklig aktivitet, under tiden för ca 8000 år sedan till för 1000 år sedan. Alepotrypa-grottan är känd för att vara en av de större Neolitiska boplatserna i Grekland. Isotop- och spårämnesanalyser av stalagmiterna har bidragit med ny kunskap om tidpunkten för mänsklig aktivitet, hur människorna påverkade grott-miljön samt hur klimatet varierat efter det att grottan, genom en tektonisk händelse, stängdes för människans inverkan. Snabba klimatförändringar, för 4200 och 3200 år sedan, observerade i andra regioner, rekonstrueras här för första gången på Peloponnesos. En snabb förändring mot torrare förhållanden observeras även för 1600 år sedan. De klimatstyrande processerna föreslås vara en kombination av storskaliga processer som den nordatlantiska oscillationen och mer regionala processer som det så kallade North Sea Caspian Pattern Index. Variationer i spårämnen i stalagmiterna efter att Alepotrypa-grottan stängdes kan kopplas till två vulkaniska utbrott, nämligen det Minoiska utbrottet av Thera på ön Santorini kring 3600 år sedan och utbrottet av Somma (Vesuvius) kring 2700 år sedan. Spårämnesvariationer under bo-perioden ger tydliga indikationer på människans påverkan på grottmiljön och som delvis kan länkas till specifika aktiviteter, som eldning av dynga i grottan. Avhandlingen är ett resultat av en framgångsrik kombination av klimatstudier och arkeologisk kunskap och utgör ett viktigt underlag för fördjupat interdisciplinärt forskningssamarbete i Alepotrypa-grottan.

At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 1: Manuscript. Paper 4: Manuscript. Paper 5: Manuscript. Paper 6: Manuscript.

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Beny, François. « High resolution study of the deep-water Southern Ocean circulation during the last climatic cycle using geochemical and mineralogical proxies in marine sediments : implication for the CO2 cycle ». Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1R031.

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Résumé :

Cette thèse apporte de nouvelles perspectives sur la circulation profonde de l’Océan Austral et sur le cycle du CO2. Elle se base sur la signature géochimique et minéralogique de la fraction terrigène des sédiments récupérés dans le secteur Atlantique Sud (carotte MD07-3076Q) et Indien Sud (MD12-3396Q) de l’Océan Austral.Une étude préliminaire des propriétés géologiques des sources potentielles de sédiments pour l’Océan Austral, ainsi que l’étude des processus de transports impliqués de l’émission d’une particule à son dépôt sur les fonds marins a été cruciale à la réalisation d’une étude de provenance dans cette zone complexe. Ces informations préliminaires ont démontré la nécessité de travailler sur plusieurs fractions granulométriques dans l’Atlantique Sud pour pouvoir retracer efficacement les différentes masses d’eau. Une telle approche a permis : (1) l’identification de la provenance de différentes fractions granulométriques ; (2) l’assignation de chaque fraction granulométrique à une masse d’eau spécifique ; (3) la reconstruction de l’évolution passée des principales masses d’eau profondes ; (4) de reconstruire les changements paléoenvironnementaux en Amérique du Sud pendant l’Holocène.De manière générale, nos données supportent les conclusions dessinées à l’aide d’autres proxys avec un Océan Atlantique Sud dominé par les masses d’eaux de l’hémisphère sud (i.e. AntArctic Bottom Water, AABW, et Circumpolar Deep Water, CDW) pendant la dernière période glaciaire, et un Océan Atlantique Sud dominé par les masses d’eau de l’Atlantique Nord (North Atlantic Deep Water, NADW) à partir du Bølling Allerød (B/A).De plus, cette thèse a permis de faire la distinction entre les AABW et l’ACC (Courant Circumpolaire Antarctique, qui comprend la CDW) dans les deux secteurs étudiés de l’Océan Austral. Cela a rendu possible la quantification de la contribution relative à la sédimentation des principales masses d’eau dans chaque secteur (i.e. AABW, CDW, et NADW dans le secteur Atlantique Sud ; ACC et AABW dans le secteur Indien Sud). Grâce à cette distinction, il a été possible de fournir des évidences d’activités encore inconnues de l’AABW au court du temps, et d’étudier les interactions dynamiques entre les AABW et la CDW dans le secteur Atlantique Sud de l’Océan Austral. Cette étude démontre que les évènements d’Heinrich (HE) 1, 2, et 3 sont précédés par une modification de la circulation profonde de l’Océan Austral. En particulier, ces modifications sont associées à une augmentation significative de la contribution de l’AABW à la sédimentation. De ce fait, ce travail met en lumière l’idée qu’un changement de la circulation profonde dans l’Océan Austral peut jouer un rôle, ou même déclencher les HE. Nos données indiquent également que, même si aucun changement dans le CO2 atmosphérique n’est observé pendant l’HE 2, la turbulence était plus forte pendant l’HE 2 que pendant l’HE 1. Cela suggère que les échanges entre l’océan profond et l’atmosphère pourraient avoir été coupés en raison de la présence d’une barrière dynamique/physique résultant de conditions prévalant en raison de la faible obliquité pendant la dernière période glaciaire. A la toute fin de cette dernière période glaciaire, nos données indiquent un « pulse » de la vitesse et de l’extension vers le Nord de la AABW dans le secteur Atlantique de l’Océan Austral. Ce "pulse" est concomitant de la première augmentation de la ventilation enregistrée dans la même carotte de sédiment et se termine avec le début du stadial d’Heinrich (HS) 1, une période d’augmentation du CO2 atmosphérique. Ces observations suggèrent que cette rapide incursion de la AABW dans l’Océan Atlantique Sud serait responsable de la rupture de la barrière physique/dynamique séparant l’océan profond, riche en CO2, et la surface, permettant ainsi l’échange entre ces eaux riches en CO2 et l’atmosphère pendant l’HS 1, et donc l’augmentation du CO2 atmosphérique pendant la dernière déglaciation
This PhD thesis provides new insights into both the deep Southern Ocean circulation and CO2 cycle based on geochemical, radiogenic isotopes and clay mineralogical signatures of the terrigenous fractions transported by the main deep-water masses using sediment cores recovered in the South Atlantic sector (core MD07-3076Q, central South Atlantic) and in the South Indian sector (core MD12-3396Q) of the Southern Ocean.A careful preliminary study of the geological properties of the potential sediments sources to the Southern Ocean and of the source-to-sink transportation patterns of detrital particles was crucial to develop a well constrained provenance study in this rather complex area. These preliminary data demonstrated that it was absolutely necessary to work on distinct grain-size fractions in the South Atlantic Ocean in order to efficiently track different water masses. Such an approach successfully permits: (1) provenance identification of the various grain-size fractions (clay, cohesive silt and sortable silt); (2) an assignment of each grain-size fraction to a specific water-mass; (3) the reconstruction of the main deep water-mass pathways past changes, (4) to reconstruct paleoenvironmental changes over South America during the Holocene.Overall, our data support the conclusions drawn using other proxies: Strong southern deep-water masses (i.e. AntArctic Bottom Water, AABW, and Circumpolar Deep Water, CDW) and weak southern North Atlantic deep-water (NADW) prevailed during the last glacial period. The transition from this glacial state to the modern period likely happened during the Bølling Allerød (B/A) with: (1) a southward migration and a deepening of the NADW into the South Atlantic sector of the Southern Ocean, (2) a retreat to the South and a slowdown of the southern deep-water masses.In addition, this study successfully permits the distinction between the AABW and the ACC (that includes CDW) in both sectors of the Southern Ocean. This enabled the quantification of the relative contribution to sedimentation of all the main deep-water masses in each sector (i.e. AABW, CDW and NADW in the South Atlantic sector; ACC and AABW in the South Indian sector). Thanks to this distinction, it was possible to provide evidences of previously unknown AABW activities through time, and to study the dynamical interactions between the AABW and the LCDW in the South Atlantic sector of the Southern Ocean. We show that Heinrich Events (HE) 1, 2 and 3 are preceded by a modification of the Southern Ocean overturning circulation, and especially associated to a significant increase in AABW contribution to sediment deposition. Consequently, this work highlights that a change in the Southern Ocean overturning circulation can play a major role or even trigger the Heinrich Events. Our data also indicates that the turbulent mixing was stronger during HE 2 than during HE 1, even though HE 2 is muted in atmospheric CO2 records. This suggests that the exchanges between the deep ocean and the atmosphere might have been disabled due to dynamical/physical barrier resulting from background conditions involved by low obliquity during the last glacial period. At the very end of this glacial period, our data indicate a substantial “pulse” of AABW speed and northern extent in the South Atlantic sector of the Southern Ocean. This "pulse" is concomitant with the first increase of the ventilation recorded in the same sediment core and ends with the beginning of the HS 1, a period of rising atmospheric CO2. These observations suggest that this rapid incursion of AABW into the South Atlantic Ocean may be responsible of the breakdown of the physical/dynamical barrier between the deep CO2-rich ocean and the surface, enabling the exchange between these CO2-rich waters and the atmosphere during the HS 1, and thus, the rise of atmospheric CO2 during the last deglaciation

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Gabrieli, Jacopo <1980&gt. « Trace elements and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in snow and ice sampled at Colle Gnifetti, Monte Rosa (4450 m) during the last 10.000 years : environmental and climatic implications ». Doctoral thesis, Università Ca' Foscari Venezia, 2008. http://hdl.handle.net/10579/872.

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Bermudez, Cella Mauricio Alberto. « Exhumation cénozoïque dans les Andes vénézuéliennes : apport de la thermochronologie par traces de fission ». Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10224.

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Cette thèse présente les résultats d'une étude de l’histoire à long terme (Miocène – actuel) de l'exhumation des Andes vénézuéliennes, ses rapports avec des structures héritées et le développement de la topographie en réponse à la tectonique et les processus de surface. Les Andes vénézuéliennes constituent un exemple idéal pour étudier les rapports entre ces processus. Elles montrent des inversions et réactivations de structures pré-existantes et sont associées à un gradient climatique majeur dû à l'effet orographique de la chaîne. Par ailleurs, de nombreuses données sont disponibles concernant leur récente évolution tectonique. Cette chaîne de montagne résulte de la transpression causée par la convergence oblique du bloc continental de Maracaibo et de la plaque Amérique du Sud contrôlée, à plus grande échelle, par la jonction triple entre les plaques Amérique du Sud, Caraïbe et Nazca. La cinématique complexe de cette interaction triple et l'évolution continue des structures qui y sont liées, couplée avec les processus de surface, ont profondément affecté l'évolution des Andes vénézuéliennes
This dissertation presents the results and observations of an investigation on the long-term (Miocene to present) exhumation history of the Venezuelan Andes, and the relationships between inherited structures and development of topography in response to tectonic and surface processes. The Venezuelan Andes are ideal for understanding the relationships between these processes, because they have involved through inversion and reactivation of pre-existing structures, they are associated with a major climatic gradient due to the orograpic effect of the belt and extensive data is available concerning their recent tectonic evolution. This mountain belt is the result of transpression caused by oblique convergence of the continental Maracaibo block and the South America Plate, controlled, on a larger scale, by the triple junction between the South American, Caribbean and Nazca plates. The complex kinematics of triple plate interaction and the continuous evolution of related structures coupled with surface processes have profoundly affected the evolution of the Venezuelan Andes

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Bermudez, Cella Mauricio Alberto. « Exhumation Cénozoïque dans les Andes Vénézuéliennes : apport de la thermochronologie par traces de fission ». Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00450838.

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Résumé :

Cette thèse présente les résultats d'une étude de l'histoire à long terme (Miocène – actuel) de l'exhumation des Andes vénézuéliennes, ses rapports avec des structures héritées et le développement de la topographie en réponse à la tectonique et les processus de surface. Les Andes vénézuéliennes constituent un exemple idéal pour étudier les rapports entre ces processus. Elles montrent des inversions et réactivations de structures pré-existantes et sont associées à un gradient climatique majeur dû à l'effet orographique de la chaîne. Par ailleurs, de nombreuses données sont disponibles concernant leur récente évolution tectonique. Cette chaîne de montagne résulte de la transpression causée par la convergence oblique du bloc continental de Maracaibo et de la plaque Amérique du Sud contrôlée, à plus grande échelle, par la jonction triple entre les plaques Amérique du Sud, Caraïbe et Nazca. La cinématique complexe de cette interaction triple et l'évolution continue des structures qui y sont liées, couplée avec les processus de surface, ont profondément affecté l'évolution des Andes vénézuéliennes. Une base de données thermochronologiques de basse température est présentée dans cette thèse, composée de 47 nouveaux âges par traces de fission sur apatite (AFT): 24 échantillons in-situ provenant du substratum rocheux, 15 échantillons de sédiments synorogéniques et 8 échantillons de sédiments de rivières actuelles. La base de données a été augmentée de 27 âges AFT du substratum rocheux et 10 âges AFT existants ont été révisés, ces derniers 37 âges ayant été fournis par B.P Kohn (Université de Melbourne, Australie). Les âges AFT ont été convertis en taux d'exhumation à long terme en utilisant des modélisations numériques de l'évolution thermique. Les analyses des données AFT in-situ ont permis de délimiter sept blocs tectoniques avec des histoires d'exhumation variables à travers les Andes Vénézuéliennes. Les blocs de Caparo et de Valera sur les deux extrémités de la chaîne, qui ont été séparés par le mouvement dextre de la faille du Boconó, montrent des âges entre 7 et 27 Ma et entre 11 et 145 Ma respectivement. Ces blocs représentent des zones d'exhumation relativement lente. Dans la partie centrale des Andes Vénézuéliennes, les âges AFT des blocs de la Sierra La Culata (5-8 Ma), d'El Carmen (2-3 Ma) et de la Sierra Nevada (5-8 Ma) enregistrent une exhumation majeure récente qui répond à la transpression et l'érosion au long du système de failles du Boconó. Sur les deux flancs de la chaîne, les âges AFT dans le bloc d'El Escalante (5-6 Ma) au nord, et le bloc chevauché du Cerro Azul (5-8 Ma âge AFT) au sud indiquent une phase de compression importante, à l'origine de la structure à double vergence des Andes vénézuéliennes, pendant le Miocène Supérieur. Les analyses AFT sur apatite détritique dérivé de l'échantillonnage des rivières actuelles ont permis a) d'extrapoler les âges in-situ à travers les Andes vénézuéliennes, b) de déterminer la provenance des sédiments, et c) d'analyser les rapports entre taux d'exhumation et les facteurs de contrôle potentiels. Les résultats indiquent une forte corrélation entre le relief et le taux d'exhumation à long terme mais une absence de corrélation entre les taux d'exhumation à long terme et les précipitations actuelles ou la libération d'énergie sismique (mesurées au cours des 20 dernières années), indiquant que le contrôle de la tectonique et / ou des processus climatiques sur l'exhumation ne peut être distingué d'une manière simple. L'analyse AFT sur des sédiments syn-orogéniques des bassins d'avant-pays de Maracaibo et de Barinas ont permis d'établir un schéma de l'exhumation depuis le Miocène tardif jusqu'à l'actuel. Des analyses Rock-Eval sur sédiments Mio-Pliocènes montrent que ces séries n'ont pas été enfouies plus profondément que la zone de recuit partiel des AFT (PAZ), au moins sur les sections étudiées. Des âges AFT jeunes dans des échantillons provenant de la Formation Parángula sur le flanc sud indiquent que cette formation a probablement un âge Miocène moyen, nettement plus jeune que précédemment admis. Les données AFT combinées avec des analyses palynologiques révèlent que la Formation Pliocène de Betijoque sur le flanc nord correspond à la partie supérieure de la Formation Río Yuca au sud des Andes vénézuéliennes.

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