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Réinterprétation de l'équilibre isotopique dans les carbonates : vers un changement de paradigme

15-02-2019

Une collaboration internationale menée par le Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE-IPSL, CNRS/CEA/UVSQ) a permis de contraindre pour la première fois le fractionnement à l’équilibre du rapport 18O/16O entre l’eau et la calcite à basse température, à partir de l’étude d’une calcite naturelle (spéléothème subaquatique) à croissance lente. L’étude conclut ainsi que la plupart des calcites naturelles cristallisent hors d'équilibre. Ce résultat majeur ouvre la voie à une réinterprétation des mécanismes de la thermométrie 18O/16O, un outil essentiel de la paléoclimatologie.

Le rapport isotopique 18O/16O des calcites naturelles est un outil essentiel de la paléoclimatologie. La calcite se forme à partir d’ions carbonates dissous qui échangent isotopiquement avec les molécules d’eau. La composition en 18O des calcites reflète à la fois la teneur en 18O de l’eau environnante et la température de cristallisation.


Depuis le travail séminal d’Harold Urey, dans les années 1940, qui avait prédit que la composition isotopique des carbonates devait être influencée par leur température de cristallisation, il n'y avait pas de consensus sur les valeurs précises qui décrivent l’équilibre isotopique aux températures régnant à la surface de la Terre.


Une équipe internationale de chercheurs menée par le LSCE a analysé des calcites à croissance extrêmement lente, réputées les plus proches possibles de l’équilibre thermodynamique (calcites de Devils Hole, Nevada, et de la grotte Corchia, Italie). Les résultats montrent que cette calcite est enrichie de 1 à 2 ‰ en 18O par rapport aux valeurs communément admises pour une précipitation à l’équilibre.


Ces résultats incitent à reconsidérer les interprétations traditionnelles de la thermométrie 18O en termes d'équilibre thermodynamique et à développer de nouveaux modèles quantitatifs, tenant compte des facteurs susceptibles d’induire ces déséquilibres isotopiques, comme le pH par exemple.


Various morphologies of Devils Hole calcite, including folia (subhorizontal wall deposits marking stands of the paleo-water table), and mammillary calcite coatings which precipitated very slowly over hundreds of thousands of years.



Source :

M. Daëron, R. N. Drysdale, M. Peral, D. Huyghe, D. Blamart, T. B. Coplen, F. Lartaud, G. Zanchetta, Most Earth-surface Calcites Precipitate Out of Isotopic Equilibrium, Nature Communications, 2019, https://doi.org/10.1038/s41467-019-08336-5



Contact :

Mathieu Daëron , LSCE-IPSL, Tél. : 01.69.82.35.24

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