Trace element inputs from shallow hydrothermal springs: potential impact on marine productivity and the biological carbon pump
Coordination : Sophie Bonnet (DR IRD-M.I.O) & Cécile Guieu (DR CNRS, LOV)
TONGA is a multidisciplinary project dedicated to studying the control of oceanic productivity and carbon sequestration by micronutrients of hydrothermal origin. It brings together 90 scientists from 19 international institutions and is based on both a 37-day oceanographic expedition in the tropical south-west Pacific (oceanographic vessel L'Atalante) and modelling work. It involves geochemical oceanographers, physicists, biogeochemists, trace element chemists (ocean and atmosphere), biologists and modellers.
Objectives & Strategy
L’océan Pacifique Sud-ouest (WTSP) a récemment été identifié comme un hot spot de fixation d’azote atmosphérique avec des taux parmi les plus élevés mesurés dans l’océan mondial. Les organismes fixateurs d’azote ont des quotas cellulaires en fer (Fe) élevés par rapport au plancton non diazotrophe et leur succès dans cette région a été attribué à des apports importants de Fe. Cependant, nos connaissances sur les sources/distribution de Fe dans le WTSP restent limitées. Lors de la campagne OUTPACE (2015), l’équipe proposante a mis en évidence une source peu profonde (<500 m) de Fe d’origine hydrothermale dans la région de l’Arc volcanique de Tonga, entrainant des concentrations de fer dissous (DFe) élevées (4-60 nM) jusque dans la couche euphotique (~0-150 m). À ce jour, l’impact potentiel de tels apports sur les budgets régionaux de DFe et sur les cycles biogéochimiques n’a jamais été étudié. Dans ce contexte, les objectifs du projet TONGA sont :
de quantifier avec précision les apports de Fe (et d’autres composés biogéochimiquement pertinents) provenant de l’hydrothermalisme peu profond (<500 m) le long de l’arc volcanique de Tonga pour la couche euphotique en comparaison avec le dépôt atmosphérique,
d’étudier le devenir des panaches hydrothermaux peu profonds dans la colonne d’eau à l’échelle locale et régionale,
d’étudier la biodisponibilité et l’impact potentiel de ces apports hydrothermaux sur les communautés planctoniques et les cycles biogéochimiques dans le WTSP
We propose a multidisciplinary approach based on a 37-day oceanographic campaign in 2019 (N/O L'Atalante, accepted by the TGIR FOF) in the WTSP and on modelling work. The TONGA consortium comprises 85 scientists from 19 international institutions, including geochemists, physical oceanographers, trace element chemists, biogeochemists, biologists and modellers.
La campagne se compose de 31 stations courtes (6h) et de deux études de processus de 5 jours au-dessus de 2 volcans sous-marins actifs peu profonds connus. Les traceurs hydrothermaux et l’ensemble des paramètres physiques/hydrologiques/biogéochimiques/biologiques seront mesurés simultanément au suivi atmosphérique. Des mouillages fixes et dérivants, des profileurs de turbulence et des flotteurs ARGO seront déployés pour déterminer comment les apports hydrothermaux affectent la répartition des éléments traces et des isotopes dans la couche de mélange (Tâche 1) et comment les paramètres physiques affectent la dilution et le transport des panaches (Tâche 2). L’effet potentiel de ces apports sur les communautés planctoniques (fertilisation vs toxicité) dépend de leur biodisponibilité qui sera étudiée en détail. L’impact sur le fonctionnement des écosystèmes et les cycles biogéochimiques (Tâche 3) seront étudiés grâce à des mesures de stocks, flux, et diversité planctonique le long de gradients hydrothermaux, et complétés par des expériences de mélange avec des fluides hydrothermaux dans mes réacteurs trace metal clean. Ces observations alimenteront plusieurs approches de modélisation et vice-versa: (1) une approche multi-échelle permettra de mieux caractériser la dispersion locale et régionale des nutriments d’origine hydrothermale dans le WTSP, (2) une nouvelle approche de modélisation lagrangienne sera utilisée pour quantifier le transport du Fe hydrothermal vers la couche euphotique et (3) une version dynamique couplée du modèle PISCES qui inclut des liaisons dynamiques des ligands du Fe, le Fe colloïdal, et l’apport hydrothermal permettra de caractériser le rôle du Fe hydrothermal sur la production primaire et l’export de carbone.
TONGA a été endorsé en tant que Process study par le programme GEOTRACES et a reçu une lettre de soutien du programme IMBER. Il permettra d’améliorer la compréhension des processus liés à l’impact des sources hydrothermales peu profondes sur le fonctionnement des écosystèmes, question qui a été jusqu’ici très peu abordée.
The website
TONGA is funded by the ANR, the CNRS INSU LEFE-CYBER and LEFE-GMMC programmes, the A-MIDEx Foundation, the TGIR French Oceanographic Fleet and Ifremer, IRD and partner laboratories.
Scientific partners involved
- M.I.O Mediterranean Institute of Oceanography (AMU, leading partner)
- LOV Villefranche Oceanography Laboratory (Sorbonnes University, Villefranche/mer)
- GET Geosciences-Environment Laboratory (Ppaul Sabatier University, Toulouse)
- LEMAR Marine Environment Sciences Laboratory (Univ.Bretagne Occ., Brest)
- AD2M UMR Adaptation and Diversity in the Marine Environment (Sorbonne University, Roscoff)
- LISA Laboratoire Inter-universitaire des Systèmes Atmosphériques (Universities of Paris-Est Creteil, Paris Diderot, Paris)
- LOPS Physical and Space Oceanography Laboratory (Université Bretagne Occidentale, Brest),
- LOCEAN Oceanography and Climate Laboratory (Sorbonne University, Paris),
- LEGOS Laboratoire d'Etudes en Géophysique et Océanographie spatiales (University of Toulouse, Toulouse)
- AEL Laboratoire d’analyses environnementales (N. Calédonie)
- LaMP Physical Meteorology Laboratory (Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand)
- GEOAZUR (Nice Sopha Antipolis University),
- DIMENC (Department of Mines and the Environment, N. Caledonia),
- IFREMER (Brest)
- University of Liverpool (UK)
- University of Tasmania (Australia)
- New-York University Abu-Dhabi (USA, Emirates)
- Leibniz Institute for Baltic Sea Research (Germany)
- Florida State University (USA)
- University of South Pacific (regional Univ. 12 countries)