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Dynamique de l'écosystème de la neige en zone Polaire

Acronyme
CHIMERPOL III

Référence
399

Domaine de recherche
- Sciences de l'atmosphère
- Glaces et climat

Région
Arctique

Svalbard

Responsable du projet
Timothy VOGEL

Laboratoires
Laboratoire AMPERE, Environmental Microbial Genomics

Date
En cours

Résumé

Le programme pluriannuel CHIMERPOL III vise à comprendre les interactions entre les composantes microbiologiques et chimiques du manteau neigeux Arctique. Les relations et interconnections de ces deux composantes seront examinées à travers des études de terrain et des expériences en laboratoire. Ce programme se focalisera aussi sur les effets du mercure sur les communautés microbiennes et leur participation au cycle du mercure polaire. Afin de déterminer la structure des communautés microbiologiques et leur évolution, divers environnements neigeux, tel que des sites côtiers, de la glace de mer et des glaciers, seront étudiés. En parallèle, une caractérisation détaillée de la chimie de ces environnements sera effectuée pour permettre la mise en évidence de nouveaux mécanismes de méthylation et de transfert du mercure vers d'autres écosystèmes lors de la fonte de la neige.

Campagne 2012

Année 2/4

L’objectif majeur de ce terrain est de déterminer l’importance quantitative et qualitative des communautés microbiennes dans les cycles biogéochimiques en Arctique. A partir d’une expérience de terrain, nous allons déterminer la contribution relative des populations microbiennes de la neige et du sol aux processus biogéochimiques. Afin d'observer la contribution des populations microbiennes de chaqu'un de ces compartiments, nous allons découpler le manteau neigeux du sol par l'installation en automne d'un film séparateur qui servira à empêcher des échanges. Nous allons comparer la composition chimique, la production de gaz (CO2, N20, CH4 et Hg) et la composition des communautés microbiennes d'un manteau neigeux évoluant sur le sol au manteau neigeux isolé à différentes périodes de l'année. Des prélèvements de sol seront aussi effectués. Ensuite, par des approches bioinformatiques, nous allons identifier les organismes impliqués ainsi que les facteurs chimiques limitant. Cette expérience permettra de déterminer la contribution des microorganismes du manteau neigeux aux processus biogéochimiques ainsi que de mettre en évidence des échanges potentiels entre la neige et le sol. Concrètement, l'expérience proposée nécessitera plusieurs campagnes de courte durée pendant l'année, soit une première campagne en septembre pour installer le film et faire des prélèvements de sol. Une deuxième campagne sera prévue pour décembre-janvier, ensuite en mars et finalement en juin.

Campagne 2011

Année 1/4

L'objectif principal de cette première année de programme est de caractériser les interactions entre la composition chimique et la structure des communautés microbiennes dans un manteau neigeux arctique. Une attention toute particulière est portée au mercure, dont le cycle biogéochimique complexe sera analysé (dépôt, métabolisme, spéciation et transfert). Cependant, ceci demande une caractérisation détaillée des fractions biotiques et abiotiques du manteau neigeux qui sera réalisée grâce à une étude de terrain d'une durée de presque trois mois au printemps en 2011 à Ny-Ålesund. Le printemps est une saison dynamique en Arctique, avec l'arrivé de la lumière du soleil et l'augmentation des températures. De plus, les AMDEs, source importante pour le dépôt du Hg, ont lieu à partir du mois d'avril et jusqu'au début de mai. Enfin, le manteau neigeux disparaît complètement en juin suite à la fonte. Pendant cette campagne, des prélèvements continus de neige seront effectués afin de déterminer les interactions entre la composition chimique et la structure des communautés microbiennes. Ces échantillons serviront aussi à suivre le cycle du Hg dans le manteau neigeux. Des analyses microbiologiques (structure, fonction et activité des communautés microbiennes) et chimiques (incluant la spéciation du Hg) seront réalisées. La base de données générée suite à cette campagne de 2011 constituera une base pour de nouvelles études sur l'interaction entre la chimie et la structure des communautés microbiennes, telles que des études expérimentales de terrain et diverses expériences de laboratoire.

Abstract

The multiannual CHIMERPOL III program consists of understanding the interactions between snow microorganisms and snowpack chemistry in the Arctic. How these components are connected and interrelated will be examined through both field and laboratory experiments. This program will also focus on the effects of mercury on microbial communities as well as the microbial participation in the mercury cycle in the Arctic. Different types of snow environments, such as coastal sites, sea-ice and glaciers, will be studied throughout the duration of the program to determine microorganism community structure and evolution. Detailed chemical characterization of these environments will also be undertaken to determine mechanisms of mercury methylation and the transfer of mercury towards ecosystems at snow melt.

In 2012

Year 2/4

The CHIMERPOL III program is an original program that seeks to explore the relationships between chemical parameters including a central contaminant such as mercury in arctic snowpacks and the microbial communities inhabiting them.
Three major axes are proposed:

  1. Determining microbial community structure in the snow during the spring in different types of snow. Potential changes in diversity, activity, function and sources (atmospheric deposition, sea aerosols, etc.) of microbial populations will be studied in order to improve our understanding of community dynamics in the Arctic.
  2. Determining physico-chemical parameters of the snow that impact microbial community structure. Snow chemistry (inorganic ions, organic acids, pH, carbon and contaminants) will be studied in detail and then related to microbial data. This will allow us to gain insights on potential drivers of the snow ecosystem.
  3. Determining mercury cycling in Arctic snow. Environmental sources of Hg species (bioavailable Hg and methylmercury) and their fate and transfer in the Arctic environment will be studied. A particular attention will be devoted to the study of Hg impacts (response of microorganisms) on microbial populations and the role of these microorganisms on the cycling of mercury (production or degradation of methylmercury)


In year one of the program, we returned to collect more data to follow up on some of our hypotheses that we had developed based on results from previous programs. In year two, we would like to return to Ny-Ålesund again, except that instead of focusing on field-based observations and data collection, we would like to test our hypotheses by carrying out experiments in the field. The field work in season two will delve further into the interactions between microbial communities and biogeochemical cycles. Populations actively involved in these cycles will be identified and we will attempt to determine process rates.

In 2011

Year 1/4

The main objective of the first year of this program is to identify the interactions between seasonal snow chemistry and microbial community structure in a coastal arctic snowpack during the spring, with a special focus on the mercury cycle (metabolism, deposition, speciation and transfer). However, in order to do so, the biotic and abiotic compartments of the snowpack must first be characterized. Therefore, we would like to conduct a springtime field study in 2011 in Ny-Ålesund during almost 3 months from April until mid-June. The spring is a dynamic season in the Arctic, with the onset of sunlight and increasing temperatures. AMDEs, important for Hg deposition, occur from April to the beginning of May, while in June, the snow melts entirely. To determine the interactions between snow chemistry and microbial community structure, and the fate of Hg in the Arctic, different types of snow samples will be collected daily during the 2011 campaign for microbial (community structure, function and activity) and chemical (including mercury speciation) analysis. The data base generated following the 2011 field campaign will provide a basis for further studies on the interaction between chemistry and microbial community structure, including more specific in-field experiments and laboratory studies.

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