Multi-century reconstruction of hydroclimate indicators in Patagonia using the isotopic composition of Araucaria araucana tree-rings
Reconstruction multi-centenaire des variations d'indicateurs hydroclimatiques en Patagonie à partir de la composition isotopique des cernes d'Araucaria araucana
Résumé
For the past 100 years, the western part of South America, from the Altiplano to Northern Patagonia, has experienced increasingly frequent and long periods of drought. This trend, which is probably partly related to the expansion of the Hadley atmospheric cell associated with a dominant positive phase of the Southern Annular Mode in recent decades, will continue according to climate modelling. The objective of my thesis is to contribute to a better understanding of the processes responsible for this evolution by reconstructing past hydro-climatic variations in Northern Patagonia. To do so, I use the carbon δ13C and oxygen δ18O isotopic composition of the cellulose in the tree-rings of Araucaria araucana, an endemic species of Patagonia whose range is between 37°20'S and 40°20'S. Several results emerge from this study. First, I showed that the isotopic composition of cellulose in A. araucana reflects the climatic conditions of the current growing season, whereas tree-ring widths are more dependent on the climatic conditions of the previous growing season. Remobilisation of reserves is therefore not involved in the production of the sugars used to produce the rings. I then showed that the variations in δ13C and the physiological behaviour of trees are linked to the humidity of the environment in which they grow. Thus, there is a difference between trees growing in the western Andes, where rainfall is abundant, which are more sensitive to variations in luminosity, and those growing in the east in a drier environment, which are more sensitive to variations in humidity. During this thesis, I also demonstrated the link between the variations of δ13C and δ18O of the rings of A. araucana growing in a dry environment and those of temperature and humidity, themselves controlled by the Southern Annular Mode and the position of the descending branch of the Hadley cell. The high potential of the δ13C of the cellulose in the tree-rings of A. araucana to record variations in temperature and summer aridity on a regional scale makes it possible to reconstruct climatic variations in Patagonia over several centuries (315 years) and highlights a strong increase in maximum temperatures (+1°C) at the end of the 18th century. At the regional scale, the climate reconstructions reveal a uniformity of trends (temperature and humidity) over the last few decades, probably linked to global climate change, which is becoming the main factor controlling climate variability. The cellulose δ18O, controlled by the precipitation and soil δ18O, has also shown a change in climate in the 18th century that is attributable, at least in part, to the Southern Annular Mode. Displacements of the descending branch of the Hadley cell would also be recorded by the δ18O until the mid-1990s, when the cell would probably have expanded too much to affect the A. araucana at these latitudes. These isotopic tools therefore show promise for better understanding the spatio-temporal variability of the phenomena affecting Patagonia, including the contribution of the Hadley cell to current global climate change.
Depuis une centaine d'années, la partie Ouest de l'Amérique du Sud, de l'Altiplano à la Patagonie du Nord, connait des périodes de sécheresses de plus en plus longues et de plus en plus fréquentes. Cette tendance, qui est probablement en partie liée à l'expansion de la cellule atmosphérique de Hadley associée à une phase positive dominante de l'Oscillation Antarctique ces dernières décennies, se poursuivra d'après les modélisations climatiques. L'objectif de ma thèse est de contribuer à améliorer la compréhension des processus responsables de cette évolution en reconstituant les variations hydro-climatiques passées en Patagonie du Nord. J'utilise pour cela la composition isotopique en carbone δ13C et en oxygène δ18O de la cellulose des cernes Araucaria araucana, une espèce endémique de Patagonie dont l'aire de répartition est comprise entre 37°20'S et 40°20'S. Plusieurs résultats se dégagent de cette étude. Tout d'abord, j'ai montré que la composition isotopique de la cellulose des A. araucana reflète les conditions climatiques de la saison de croissance en cours tandis que les largeurs de cernes dépendent davantage des conditions climatiques de la saisons de croissance précédente. La remobilisation des réserves n'intervient donc pas dans la fabrication des sucres utilisés pour produire les cernes. Puis j'ai montré que les variations du δ13C et le comportement physiologique des arbres sont liés à l'humidité du milieu dans lequel ils évoluent. Il existe donc une différence entre les arbres poussant à l'Ouest des Andes, où les précipitations sont abondantes, plutôt sensible aux variations de luminosité, et ceux poussant à l'Est dans un environnement plus sec, plutôt sensibles aux variations d'humidité. Au cours de cette thèse, j'ai également mis en évidence le lien entre les variations de δ13C et de δ18O des cernes d'A. araucana évoluant dans un milieu sec et celles de la température et de l'humidité, elles-mêmes contrôlées par l'Oscillation Antarctique et la position de la branche descendante de la cellule de Hadley. Le fort potentiel du δ13C de la cellulose des cernes d'A. araucana à enregistrer les variations de température et d'aridité d'été à l'échelle régionale permet de reconstituer les variations climatiques de Patagonie sur plusieurs siècles (315 ans) et met en avant une forte augmentation des températures maximales (+1°C) à la fin du XVIIIème siècle. A l'échelle régionale, les reconstructions climatiques révèlent une uniformisation des tendances (température et humidité) sur les dernières décennies, probablement en lien avec le changement climatique global qui devient le principal facteur de contrôle de la variabilité climatique. Le δ18O de la cellulose, contrôlé par les δ18O des précipitations et du sol, a lui aussi enregistré un changement climatique à la du XVIIIème siècle qui serait imputable, du moins en partie, à l'Oscillation Antarctique. Les déplacements de la branche descendante de la cellule de Hadley seraient également enregistrés par le δ18O jusqu'au milieu des années 1990, date à laquelle la cellule se serait probablement trop étendue pour affecter les A. araucana à ces latitudes. Ces outils isotopiques s'avèrent donc prometteurs pour mieux comprendre la variabilité spatio-temporelle des phénomènes qui touchent la Patagonie, notamment la contribution de la cellule de Hadley dans le changement global actuel du climat.
Origine : Version validée par le jury (STAR)