Multi-millennial soil evolution and subalpine ecosystem changes inferred from geochemical analyses of lacustrine sediments (French Alps). Definition of soil proxies and application on sediment records.
Contribution de l'approche sédimentologique à la reconstitution de l'histoire des sols. Définition de traceurs pédologiques et application sur des sédiments lacustres de montagne (Maurienne, Savoie, France).
Résumé
Soil is a natural body occurring at the interface between the lithosphere, atmosphere and biosphere. As a result, the physical and chemical properties of soils evolve with time, and the reconstruction of their history represents a key to understand past environmental changes. Palaeolimnological techniques such as sediment geochemistry can be used to investigate changes in vegetation history by providing information about catchment soil development. However, due to the lack of conservative pedosignatures, there have been few attempts to reconstruct soil changes from the paleorecord. The main objective of the present work is to reconstruct the soil and environmental history from lake sediments of two small lake basins of the Maurienne Valley in the French Alps. Two main issues arise in using the sedimentary approach: i) the geochemical differentiation of different soil processes and soil types, which controls the identification of tracers; ii) the conservative behaviour of these tracers during sediment mobilisation, transport and accumulation in aquatic systems. In a first step, podzolization and chemical weathering processes were assessed on present day soils using a broad geochemical approach. Normalized REE patterns provide a precise tracer of the degree of weathering of materials whereas the proportions of organic-bound Al and Fe provide a sediment tracer to reconstruct the intensity and degree of podzolisation. Then, the same tracers were assessed on the two investigated lake sediment sequences (Loup and Thyl lakes). Evidence of changes is preserved in both sediment records which render possible the reconstruction of aspects of soil genesis from lake sediments. The resulting proxy records, spanning ca. 4 500 yr at the Thyl lake and ca. 13500 yr at the Loup lake, indicate that progressive and regressive pedogenesis occurred after deglaciation. Loup environment and soil history is characterised by a progressive and stable evolution leading to present day old growing forests and Podzol soil type. On the other hand, Thyl record is much contrasted: the progressive setting of the mixed cembra pine ecosystem associated with podzolisation process is followed by abrupt and rapid secondary processes that could result from drastic transformation of the plant cover with changes in fire regimes.
Alors que de nombreuses études paléoenvironnementales traitent de l'évolution du climat et de la végétation au cours de l'Holocene, il n'existe que très peu d'études portant sur l'évolution des sols au cours de cette même période. Cependant, les propriétés physiques et chimiques des sols ayant un rôle clef au sein d'un écosystème, la reconstitution de l'histoire des sols constitue un enjeu important pour comprendre les changements environnementaux passés. Un des facteurs limitant pour reconstituer l'histoire des sols réside dans l'absence d'enregistrement continu des processus pédologiques sur de longues échelles de temps (103 à 104 ans). Notre intérêt s'est donc porté sur l'utilisation d'archives sédimentaires lacustres dans le but de reconstruire l'histoire de la couverture pédologique en lien avec celle de l'écosystème. Cette étude a été menée sur deux petites dépressions lacustres de l'étage subalpin (Vallée de la Maurienne, Savoie) ayant a priori des histoires de l'occupation humaine différentes.
Dans un premier temps, une approche géochimique a été appliquée sur des sols actuels afin de caractériser les pédosignatures des processus de podzolisation et d'altération chimique. Il en résulte que les terres rares (numéros atomiques de 57 à 71) constituent un indicateur du degré d'altération chimique tandis que les proportions des complexes organo-métalliques d'Al et Fe permettent de tracer l'intensité de la podzolisation. Dans un deuxième temps, ces mêmes traceurs ont été mesurés sur deux séquences sédimentaires couvrant 4500 ans Cal. BP (lac du Thyl) et 13500 ans (lac du Loup). La comparaison de ces pédosignatures avec des marqueurs indépendants (végétation, climat, feux) révèle des pédogenèses progressives et régressives après la déglaciation de la fin du Tardiglaciaire.
Les sols et l'environnement du lac du Loup sont caractérisés par une évolution progressive et stable menant aux forets de résineux et aux podzols actuels. L'enregistrement du lac du Thyl est plus contrasté : le développement progressif d'une forêt de pin cembro associé au processus de podzolisation est suivi par des perturbations secondaires (principalement l'augmentation du régime des feux) qui pourraient expliquer la mise en place d'une végétation semi-ouverte associée à des processus de dépodzolisation.
Finalement, ce travail a permit d'ajouter un volet pédologique aux études paléoenvironnementales classiques. Il en résulte que les deux schémas d'évolution des sols sont très cohérents avec les marqueurs indépendants et qu'ils offrent une meilleure résolution temporelle que l'on ne pourrait l'obtenir avec les chronoséquences.
Dans un premier temps, une approche géochimique a été appliquée sur des sols actuels afin de caractériser les pédosignatures des processus de podzolisation et d'altération chimique. Il en résulte que les terres rares (numéros atomiques de 57 à 71) constituent un indicateur du degré d'altération chimique tandis que les proportions des complexes organo-métalliques d'Al et Fe permettent de tracer l'intensité de la podzolisation. Dans un deuxième temps, ces mêmes traceurs ont été mesurés sur deux séquences sédimentaires couvrant 4500 ans Cal. BP (lac du Thyl) et 13500 ans (lac du Loup). La comparaison de ces pédosignatures avec des marqueurs indépendants (végétation, climat, feux) révèle des pédogenèses progressives et régressives après la déglaciation de la fin du Tardiglaciaire.
Les sols et l'environnement du lac du Loup sont caractérisés par une évolution progressive et stable menant aux forets de résineux et aux podzols actuels. L'enregistrement du lac du Thyl est plus contrasté : le développement progressif d'une forêt de pin cembro associé au processus de podzolisation est suivi par des perturbations secondaires (principalement l'augmentation du régime des feux) qui pourraient expliquer la mise en place d'une végétation semi-ouverte associée à des processus de dépodzolisation.
Finalement, ce travail a permit d'ajouter un volet pédologique aux études paléoenvironnementales classiques. Il en résulte que les deux schémas d'évolution des sols sont très cohérents avec les marqueurs indépendants et qu'ils offrent une meilleure résolution temporelle que l'on ne pourrait l'obtenir avec les chronoséquences.
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