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D31 10.5885/45520CE-0A48ADE0E2194290 En révision
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Carbone organique dissous et données environnementales provenant de lacs et d'étangs circumpolaires nordiques

Maxime Wauthy* 1, 2, Milla Rautio 1, 2, 3, Kirsten S. Christoffersen 4, 5, Laura Forsström 6, Isabelle Laurion 2, 3, 7, Heather Mariash 8, Sari Peura 9, 10, Warwick F. Vincent 2, 11

1 Département des sciences fondamentales, Université du Québec à Chicoutimi, Chicoutimi, Quebec, Canada
2 Centre d’études nordiques (CEN), Université Laval, Quebec City, Quebec, Canada
3 Group for Interuniversity Research in Limnology and Aquatic Environment (GRIL), Université de Montréal, Montreal, Quebec, Canada
4 Freshwater Biological Laboratory, Department of Biology, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark
5 Department of Arctic Biology, University Centre in Svalbard, Longyearbyen, Norway
6 Department of Environmental Sciences, University of Helsinki, Helsinki, Finland
7 Centre Eau Terre Environnement, Institut national de la recherche scientifique, Quebec City, Quebec, Canada
8 Environment and Climate Change Canada, National Wildlife Research Centre, Ottawa, Ontario, Canada
9 Limnology, Department of Ecology and Genetics, Uppsala University, Uppsala, Sweden
10 Molecular Epidemiology, Department of Medical Sciences, Uppsala University, Uppsala, Sweden
11 Département de biologie, Université Laval, Quebec City, Quebec, Canada

*Auteur pour la correspondance / Corresponding author

Résumé

Le pergélisol constitue l’un des plus importants réservoirs de carbone organique sur Terre. Avec le réchauffement climatique, ce pergélisol dégèle à un rythme accéléré, favorisant la formation d'étangs thermokarstiques. Ces étangs sont de plus en plus abondants dans les milieux arctiques et subarctiques, pouvant représenter jusqu'à 90% des lacs dans certaines régions. Par ailleurs, en raison de ce dégel, l'importante quantité de carbone qui était prisonnière du pergélisol se trouve libérée et finit sa course dans ces nouveaux plans d’eau. Les écosystèmes lacustres nordiques, généralement caractérisés par une eau limpide avec une production élevée d'oxygène par les algues benthiques et une autotrophie nette générale, reçoivent donc désormais une quantité croissante de matière organique terrestre provenant du bassin versant, avec des conséquences importantes sur le métabolisme de l'écosystème. L'augmentation de la dépendance au carbone et nutriments terrestres stimule la production et la respiration bactérienne et diminue la disponibilité en lumière pour la production primaire benthique, contribuant à faire de ces étendues d'eaux douces circumpolaires une source importante de gaz à effet de serre. L'effet combiné de l'augmentation de la teneur en composés humiques venant bassin versant et des modifications du métabolisme de l'étang contribuent à modifier la composition du carbone dissous dans l'eau. Cependant, bien que les étangs peu profonds soient le principal type d'écosystème d'eau douce et une composante intégrale du cycle du carbone à haute latitude, l'ampleur et le rythme de cette modification demeurent inconnus. Afin d'étudier l'influence du dégel du pergélisol sur les stocks et la composition de la matière organique dissoute (MOD) dans les systèmes d'eau douce circumpolaire nordique, nous avons utilisé une série d’indicateurs chimique (COD), biologique (chlorophylle a), optiques (indices spectrophotométriques, EEMs, PARAFAC) et isotopiques (d13C et d2H). Entre 2002 et 2016, nous avons échantillonné durant l’été 253 étangs répartis dans 14 régions circumpolaires, pour un total de 356 échantillons, une partie de ces plans d’eau étant échantillonnés plus d'une fois au cours de ces 15 ans. Les sites d'étude sont répartis dans une zone géographique très large, couvrant environ 200° en longitude (de l'Alaska à la Russie) et 30° en latitude (de la zone subarctique jusqu'au Haut-Arctique), comprenant ainsi un large spectre de condition de dégel du pergélisol. Nous avons divisé les étangs en trois catégories selon leur exposition au dégel du pergélisol: (1) les étangs sur socle rocheux, caractérisés par un bassin versant rocheux et non directement affectés par le dégel du pergélisol; (2) les étangs de toundra, non touchés par le dégel du pergélisol et caractérisés par des bassins versants forestiers, arbustifs ou désertiques, selon la région; et (3) les étangs thermokarstiques, directement affectés par le dégel du pergélisol.

Citation des données

Wauthy, M., Rautio, M., Christoffersen, K.S., Forsström, L., Laurion I., Mariash, H., Peura, S., Vincent, W.F. 2017. Carbone organique dissous et données environnementales provenant de lacs et d'étangs circumpolaires nordiques, v. 1.0. Nordicana D31, doi: 10.5885/45520CE-0A48ADE0E2194290.

Carte de localisation

Publications clés

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    DOI: 10.3354/ame01634
  • Bouchard, F., Laurion, I., Préskienis, V., Fortier, D., Xu, X., Whiticar, M.J. 2015. Modern to millennium-old greenhouse gases emitted from ponds and lakes of the Eastern Canadian Arctic (Bylot Island, Nunavut). Biogeosciences. 12:7279-7298.
    DOI: 10.5194/bg-12-7279-2015
  • Laurion, I., Mladenov, N. 2013. Dissolved organic matter photolysis in Canadian arctic thaw ponds. Environmental Research Letters. 8:035026.
    DOI: 10.1088/1748-9326/8/3/035026
  • MacMillan, G.A., Girard, C., Chételat, J., Laurion, I., Amyot, M. 2015. High methylmercury in arctic and subarctic ponds is related to nutrient levels in the warming eastern Canadian Arctic. Environmental Science & Technology. 49:7743-7753.
    DOI: 10.1021/acs.est.5b00763
  • Rautio, M., Vincent, W.F. 2007. Isotopic analysis of the sources of organic carbon for zooplankton in shallow subarctic and arctic waters. Ecography. 30:77-87.
    DOI: 10.1111/j.0906-7590.2007.04462.x
  • Roiha, T., Laurion, I., Rautio, M. 2015. Carbon dynamics in highly heterotrophic subarctic thaw ponds. Biogeosciences. 12:7223-7237.
    DOI: 10.5194/bg-12-7223-2015
  • Roiha, T., Peura, S., Cusson, M., Rautio, M. 2016. Allochthonous carbon is a major regulator to bacterial growth and community composition in subarctic freshwaters. Sci Rep. 6:34456.
    DOI: 10.1038/srep34456
  • Roiha, T., Tiirola, M., Cazzanelli, M., Rautio, M. 2012. Carbon quantity defines productivity while its quality defines community composition of bacterioplankton in subarctic ponds. Aquatic Sciences. 74:513-525.
    DOI: 10.1007/s00027-011-0244-1
  • Wauthy, M., Rautio, M., Christoffersen, K.S., Forsström, L., Laurion I., Mariash, H., Vincent, W.F. 2017. Increasing dominance of terrigenous organic matter in circumpolar freshwaters due to permafrost thaw. Submitted to L&O Letters.
  • Rautio, M., Dufresne, F., Laurion, I., Bonilla, S., Vincent, W.F., Christoffersen, K. 2011. Shallow freshwater ecosystems of the circumpolar Arctic. Ecoscience 18: 204-22
    DOI: 10.2980/18-3-3463

Historique des versions

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Sites de mesure

Site Latitude Longitude Altitude (m)
Kilpisjärvi 69.0333333 20.833333333333 Plus d'info
Seida 67.05 62.933333333333 Plus d'info
Toolik 68.6333333 -149.6 Plus d'info
McKenzie Delta 69.7 -134.46667 Plus d'info
Cambridge Bay 69.1166667 -105.01666666667 Plus d'info
Resolute Bay 74.6833333 -94.816666666667 Plus d'info
Coral Harbour 64 -82.083333333333 Plus d'info
Bylot Island 73.15 -79.983333333333 Plus d'info
KW 55.2833333 -77.733333333333 Plus d'info
SAS 55.2166667 -77.683333333333 Plus d'info
KWK 55.3333333 -77.5 Plus d'info
Tasiapik 56.55 -76.466666666667 Plus d'info
BGR 56.6166667 -76.216666666667 Plus d'info
Ward Hunt 83.0666667 -74.166666666667 Plus d'info
Hazen 81.8333333 -70.416666666667 Plus d'info
Kangerlussuaq 67 -50.666666666667 Plus d'info
Zackenberg 74.5 -20.666666666667 Plus d'info

Documentation supplémentaire

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Sites
Toolik McKenzie Delta Cambridge Bay Resolute Bay Coral Harbour Bylot Island KW SAS KWK Tasiapik BGR Ward Hunt Hazen Kangerlussuaq Zackenberg Kilpisjärvi Seida
Données
Concentration de la chlorophylle a pélagique 07/2002 – 09/2016
Pente spectrale pour l'intervalle 279-299 nm 07/2002 – 09/2016
pH 07/2002 – 09/2016
Concentration totale en fer dissous 07/2002 – 09/2016
Concentration totale en phospore dissous 07/2002 – 09/2016
Concentration totale en azote dissous 07/2002 – 09/2016
Concentration en carbone organique dissous 07/2002 – 09/2016
Taile de la cuvette 07/2002 – 09/2016
Absorbance ultraviolet spécifique à 254 nm 07/2002 – 09/2016
Coefficient d'absorption à 320 nm 07/2002 – 09/2016
Coefficient d'absorption à 440 nm 07/2002 – 09/2016
Coefficient de pente 07/2002 – 09/2016
Indice de fluorescence 07/2002 – 09/2016
Fluorescence maximale de la composante C1 07/2002 – 09/2016
Fluorescence maximale de la composante C2 07/2002 – 09/2016
Fluorescence maximale de la composante C3 07/2002 – 09/2016
Fluorescence maximale de la composante C4 07/2002 – 09/2016
Fluorescence maximale de la composante C5 07/2002 – 09/2016
Somme de la fluorescence maximale 07/2002 – 09/2016
Abondance relative de la composante C1 07/2002 – 09/2016
Abondance relative de la composante C2 07/2002 – 09/2016
Abondance relative de la composante C3 07/2002 – 09/2016
Abondance relative de la composante C4 07/2002 – 09/2016
Abondance relative de la composante C5 07/2002 – 09/2016
Somme de l'abondance relative 07/2002 – 09/2016
Obtenir
Fichier: ds_000579195.zip Taille: 572 B
Sites
Bylot Island KWK KW SAS BGR
Données
Longueur d'onde 07/2006 – 08/2009
Absorbance 07/2006 – 08/2009
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Fichier: ds_000579199.zip Taille: 569 B
Sites
KW SAS Cambridge Bay Coral Harbour Kangerlussuaq Zackenberg Seida Kilpisjärvi Bylot Island Toolik McKenzie Delta Ward Hunt Hazen Tasiapik
Données
Longueur d'onde 07/2003 – 09/2016
Absorbance 07/2003 – 09/2016
Obtenir
Fichier: ds_000579203.zip Taille: 16 B
Sites
Resolute Bay KW
Données
Longueur d'onde 07/2002 – 08/2002
Absorbance 07/2002 – 08/2002
Obtenir
Fichier: ds_000579207.zip Taille: 6 B
Sites
KW SAS
Données
d13C Moyenne 08/2014 – 08/2014
d13C Écart-type 08/2014 – 08/2014
d2H Moyenne 08/2014 – 08/2014
d2H Écart-type 08/2014 – 08/2014