Les résidus carbonés de feux dans les sédiments: Implications méthodologiques, climatiques et anthropiques

Abstract

Biomass burning in the tropics release about 25% of annual anthropogenic CO2 emissions, and large amounts of aerosol particles that play an important role in atmospheric chemistry and climate. The sedimentary carbonaceous particles emitted by plant organic matter combustion represent proxies of past fire activity. The analysis of refractory carbonaceous species behavior with different analytical methods has allowed to characterize with an increasing oxidation level : charcoal, refractory carbon and Black Carbon (BC). Despite that the analysis of the graphite concentration introduced in synthetic powders presents ca. 20% mass loss, the BC extractive methods indicate a satisfactory reproducibility and reliability to reconstruct sedimentary changes in biomass burning. Elemental analysis of carbon resistant to thermal and/or chemical extraction, combined with automatic-image analysis of charcoal, was applied to a marine record from the Western Pacific Warm Pool (WPWP) spanning the last 360 kyr and to a Tanzanian lacustrine record spanning the last 4 kyr. In the oceanic record, carbonaceous aerosols (charcoal and BC) display orbital precession plus its harmonics related frequencies, suggesting that fire activity closely responded to the variations in seasonal radiation forcing at the equator, but also that changes in high-latitudes forcing (Dansgaard-Oeschger periodicities) on the winter monsoon contribute to ENSO-like conditions. In addition, carbonaceous aerosol clearly registered human-induced fire-regime alteration in the Indo/Pacific area, with great increases in fire-activity between 53-43 and 12-10 kyr. Charcoal abundance and distribution in lake Masoko reveal that runoff and erosion on woodland soils are the dominant processes for charred particle transportation. However, the carbonaceous aerosol fraction (charcoal<1µm and BC) clearly illustrate fire activity. Its abrupt increase between 1,8 and 1,6 cal. kyr B.P. in lake Masoko testifies regional emissions from forest fires prior the local fire extend. This latter event is contemporaneous with an abrupt deforestation and coincides with the extend of Late Iron Age and agricultural activities in the East African Rift. These results demonstrate that carbonaceous residues analysis in sediments provides informations on past-climatic changes, human impact on the environment, and global carbon budget.Bien que les émissions de gaz à effet de serre et d'aérosols carbonés par les feux tropicaux, étroitement liées aux conditions de sécheresse et à l'action anthropique, aient un impact significatif sur le cycle du carbone et sur le climat global, la dynamique passée de ces émissions reste encore peu documentée. Cette étude a pour but de caractériser les produits de combustion carbonés piégés dans les sédiments lacustres et marins, afin d'établir des enregistrements fiables de la variabilité des feux tropicaux. L'analyse du comportement de standards carbonés sur des matrices synthétiques et naturelles à l'aide de différentes techniques d'extraction a permis de discriminer, selon un degré croissant de résistance à l'oxydation : le charbon, le carbone réfractaire, et le Black Carbon (BC). Bien que l'analyse de mélanges expérimentaux présente des pertes de masse d'environ 20% dans le cas du graphite mélangé à des poudres synthétiques, la méthode d'extraction et de mesure du BC s'avère reproductible et fiable pour reconstituer les changements de concentration enregistrés dans la plupart des sédiments. L'analyse du carbone élémentaire résistant aux traitements chimiques et/ou thermique, combinée au comptage automatisé des microcharbons, a ensuite été appliquée à une séquence pélagique du Pacifique Ouest (WPWP) couvrant les derniers 360 ka, et à un enregistrement lacustre Tanzanien couvrant les derniers 4 ka. L'enregistrement marin (carotte MD972140) montre que les émissions de BC sont fortement contraintes par les variations d'insolation en région intertropicale et équatoriale (cycles de précession et semi-précession). Elles sont également associées à la variabilité (pluri)millénaire du climat de l'hémisphère nord et de la mousson d'hiver est-asiatique, et suggèrent un couplage entre le gradient zonal des précipitations dans le Pacifique Equatorial et le climat des hautes latitudes. De plus, les aérosols carbonés enregistrent clairement l'action de l'homme sur le régime des feux dans la région Indo-Pacifique, avec une forte augmentation des apports de BC et de microcharbons entre 53-43 ka et 12-10 kyr. Au lac Masoko (carotte MM8), l'abondance et la nature des assemblages de particules de charbon reflètent en partie les apports détritiques liés au ruissellement des sols forestiers ou à l'érosion lors de bas niveaux lacustres. De plus, l'augmentation rapide des aérosols carbonés (microcharbons <1µm et BC) entre 1,8 et 1,6 ka BP suggère une intensification des incendies régionaux, contemporaine de l'expansion de la métallurgie et de l'agriculture dans le Rift Est Africain. L'identification et la quantification du carbone réfractaire piégé dans le réservoir sédimentaire montre ainsi que la dynamique des feux a été fortement contrainte par la variabilité du cycle hydrologique saisonnier et pluriannuel, et par l'action anthropique. Depuis plusieurs dizaines de milliers d'années, cette dernière est probablement déterminante vis-à-vis des quantités de carbone réfractaire émises dans l'environnement