Use of solute concentration gradients in the benthic boundary layer to highlight sediment source-sink dynamics: a non-invasive \textitin situ study
2025
Régis, Julie | Deflandre, Bruno | Meulé, Samuel | Ouisse, Vincent | Munaron, Dominique | Richard, Marion | Grenz, Christian | Montigny, Chrystelle | Freydier, Rémi | Delpoux, Sophie | Knoery, Joël | Arevalo, Isabel Garcia | Thomas, Bastien | Verdoux, Patrick | Rigaud, Sylvain | Techer, Isabelle | Détection, évaluation, gestion des risques CHROniques et éMErgents (CHROME) - Nîmes Université (CHROME) ; Nîmes Université (UNIMES) | Environnements et Paléoenvironnements OCéaniques (EPOC) ; École Pratique des Hautes Études (EPHE) ; Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | GLADYS ; Géosciences Montpellier ; Université des Antilles et de la Guyane (UAG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université des Antilles et de la Guyane (UAG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement (CEREGE) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Collège de France (CdF (institution))-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | MARine Biodiversity Exploitation and Conservation - Station Ifremer Sète (UMR Marbec - Station Sète) ; MARine Biodiversity Exploitation and Conservation - MARBEC (UMR MARBEC) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM) | Institut méditerranéen d'océanologie (MIO) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | Laboratoire Chimie de l'environnement (LCE) ; Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | Hydrosciences Montpellier (HSM) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM) | Unité Contamination Chimique des Ecosystèmes Marins (CCEM) ; Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER) | ANR-11-LABX-0010,DRIIHM / IRDHEI,Dispositif de recherche interdisciplinaire sur les Interactions Hommes-Milieux(2011)
International audience
اظهر المزيد [+] اقل [-]إنجليزي. Oxygen, nutrients, and pollutants fluxes at the sediment-water interface are involved in the water quality and ecological status of shallow coastal environments. The short-term variabilities of these fluxes, in response to hydrodynamic and benthic biogeochemical processes in the field, make it difficult to assess the net balance of these fluxes. Here we evaluate the ability of using concentration gradients in the benthic boundary layer to better understand temporal variations in these fluxes. Three shallow Mediterranean coastal lagoons (Berre, Thau and Prévost lagoons), affected by deoxygenation events and depicting contrasting water quality status, were investigated. A Benthic Oxygen Gradient Observatory System (BOGOS) was set-up and deployed for two weeks in each lagoon to obtain continuous oxygen gradient time-series. In addition, concentration gradients of nutrients (Si, NH4+, PO43−) and trace elements (Fe, Mn, Co, As, Cu, Mo, MeHg) were obtained using a specifically dedicated benthic water sampler (SUSANE) deployed under contrasting oxygenation conditions (oxic, hypoxic, anoxic, euxinic) and diurnal cycles (day and night). The results enabled us firstly to better define the limits of applying the gradient method in shallow coastal areas, considering environmental conditions (water stratification, intense water mixing, low flux intensity) as well as technical limitations (concentration uncertainty). This approach then allowed to accurately capture contrasted benthic oxygen dynamics: diurnal cycles in sediments colonized by macrophytes in Prévost and Thau lagoons, and a dominant high oxygen demand in bare sediments in Berre lagoon. Benthic solute gradients in Berre lagoon indicated release of nutrients from the sediment under normoxic conditions after a long-term anoxic event, as well as release of dissolved Mn, Fe, As and Co under anoxic conditions. Under euxinic conditions, gradients reversed for most trace elements that were trapped in sediment due to (co)precipitation with sulfide minerals, while nutrient gradients indicated continuing sizeable releases to the water column. The benthic concentration gradient approach can thus be seen as a promising approach in assessing the dynamics of benthic fluxes at an appropriate time scale in highly dynamic shallow coastal lagoons. This effort should be completed by vertical turbulent diffusivity measurements, to obtain time series of turbulent fluxes of various solutes.
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