The triple oxygen isotope composition of phytoliths as a proxy of continental atmospheric humidity: insights from climate chamber and climate transect calibrations

Autor: Sandrine Pauchet, Martine Couapel, Françoise Chalié, Amarelle Landais, Pauline Cornuault, Clément Piel, Corinne Sonzogni, Elizabeth A. Webb, Sébastien Devidal, Jingming Xin, Marine Pasturel, Frédéric Prié, Jean-Charles Mazur, Ilhem Bentaleb, Anne Alexandre, Christine Vallet-Coulomb, Jacques Roy
Přispěvatelé: Centre européen de recherche et d'enseignement des géosciences de l'environnement (CEREGE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Collège de France (CdF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecotron européen de Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecotron, Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (UMR ISEM), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Montpellier (UM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Respiratory Epidemiology and Public Health, Imperial College London-Royal Brompton Hospital-National Heart and Lung Institute [UK], Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Écotron Européen de Montpellier - UPS 3248, University of Western Ontario (UWO), Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement ( CEREGE ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Aix Marseille Université ( AMU ) -Collège de France ( CdF ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ), Ecologie Systématique et Evolution ( ESE ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Ecole Nationale du Génie Rural, des Eaux et des Forêts ( ENGREF ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] ( LSCE ), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines ( UVSQ ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier ( ISEM ), Université de Montpellier ( UM ) -Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Imperial College London-Royal Brompton Hospital-National Heart and Lung Institute, Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2018
Předmět:
[ SDU.OCEAN ] Sciences of the Universe [physics]/Ocean
Atmosphere
010504 meteorology & atmospheric sciences
leaf water
[SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes
lcsh:Life
Biogenic silica
plant-water
010502 geochemistry & geophysics
Atmospheric sciences
01 natural sciences
tree-ring cellulose
lcsh:QH540-549.5
[ SDU.ENVI ] Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces
environment
Relative humidity
biogenic silica
Ecology
Evolution
Behavior and Systematics
ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
0105 earth and related environmental sciences
Earth-Surface Processes
Transpiration
Hydrology
lcsh:QE1-996.5
relative-humidity
15. Life on land
Atmospheric temperature
tropical rain-forest
lcsh:Geology
lcsh:QH501-531
high-precision
Phytolith
soil-water
13. Climate action
Soil water
[SDE]Environmental Sciences
Kinetic fractionation
multiproxy approach
meteoric precipitation
lcsh:Ecology
[SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology
Water vapor
Geology
Zdroj: Biogeosciences
Biogeosciences, European Geosciences Union, 2018, 15 (10), pp.3223-3241. ⟨10.5194/bg-15-3223-2018⟩
Biogeosciences, European Geosciences Union, 2018, 15 (10), pp.3223-3241. 〈10.5194/bg-15-3223-2018〉
Biogeosciences, Vol 15, Pp 3223-3241 (2018)
Biogeosciences 10 (15), 3223-3241. (2018)
Biogeosciences, 2018, 15 (10), pp.3223-3241. ⟨10.5194/bg-15-3223-2018⟩
ISSN: 1726-4170
1726-4189
DOI: 10.5194/bg-15-3223-2018⟩
Popis: Continental atmospheric relative humidity (RH) is a key climate parameter. Combined with atmospheric temperature, it allows us to estimate the concentration of atmospheric water vapor, which is one of the main components of the global water cycle and the most important gas contributing to the natural greenhouse effect. However, there is a lack of proxies suitable for reconstructing, in a quantitative way, past changes of continental atmospheric humidity. This reduces the possibility of making model–data comparisons necessary for the implementation of climate models. Over the past 10 years, analytical developments have enabled a few laboratories to reach sufficient precision for measuring the triple oxygen isotopes, expressed by the 17O-excess (17O-excess = ln (δ17O + 1) – 0.528 × ln (δ18O + 1)), in water, water vapor and minerals. The 17O-excess represents an alternative to deuterium-excess for investigating relative humidity conditions that prevail during water evaporation. Phytoliths are micrometric amorphous silica particles that form continuously in living plants. Phytolith morphological assemblages from soils and sediments are commonly used as past vegetation and hydrous stress indicators. In the present study, we examine whether changes in atmospheric RH imprint the 17O-excess of phytoliths in a measurable way and whether this imprint offers a potential for reconstructing past RH. For that purpose, we first monitored the 17O-excess evolution of soil water, grass leaf water and grass phytoliths in response to changes in RH (from 40 to 100 %) in a growth chamber experiment where transpiration reached a steady state. Decreasing RH from 80 to 40 % decreases the 17O-excess of phytoliths by 4.1 per meg/% as a result of kinetic fractionation of the leaf water subject to evaporation. In order to model with accuracy the triple oxygen isotope fractionation in play in plant water and in phytoliths we recommend direct and continuous measurements of the triple isotope composition of water vapor. Then, we measured the 17O-excess of 57 phytolith assemblages collected from top soils along a RH and vegetation transect in inter-tropical West and Central Africa. Although scattered, the 17O-excess of phytoliths decreases with RH by 3.4 per meg/%. The similarity of the trends observed in the growth chamber and nature supports that RH is an important control of 17O-excess of phytoliths in the natural environment. However, other parameters such as changes in the triple isotope composition of the soil water or phytolith origin in the plant may come into play. Assessment of these parameters through additional growth chambers experiments and field campaigns will bring us closer to an accurate proxy of changes in relative humidity.
Databáze: OpenAIRE
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