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Comptes Rendus Géoscience
Volume 344, n° 5
pages 297-311 (mai 2012)
Doi : 10.1016/j.crte.2012.04.001
Received : 16 December 2011 ;  accepted : 24 April 2012
The suitability of annual tree growth rings as environmental archives: Evidence from Sr, Nd, Pb and Ca isotopes in spruce growth rings from the Strengbach watershed
Le potentiel des anneaux de croissance des arbres en tant qu’archives environnementales : approche isotopique couplée Sr-Nd-Pb-Ca appliquée dans des cernes d’épicéas du bassin versant du Strengbach
 

Peter Stille a, , Anne-Désirée Schmitt b , François Labolle c, Marie-Claire Pierret a, Sophie Gangloff a, Florian Cobert a, Eric Lucot b, Florence Guéguen a, Laure Brioschi b, Marc Steinmann b, François Chabaux a
a LHyGeS-UMR7517, EOST, INSU/CNRS, université de Strasbourg, 1, rue Blessig, 67000 Strasbourg, France 
b UMR 6249 chrono-environnement, université de Franche-Comté, 25030 Besançon, France 
c Institut de zoologie et de biologie générale, université de Strasbourg, 12, rue de l’Université, 67000 Strasbourg, France 

Corresponding author.
Abstract

The combination of the Sr, Nd and Pb isotope systems, recognized as tracers of sources, with the Ca isotope system, known to reveal biology-related fractionations, allowed us to test the reliability of spruce (Picea abies) growth rings as environmental archives through time (from 1916 to 1983) in a forest ecosystem affected by acid atmospheric deposition. Sr and Pb isotopes have already been applied in former tree-ring studies, whereas the suitability of Nd and Ca isotope systems is checked in the present article. Our Sr and Nd isotope data indicate an evolution in the cation origin with a geogenic origin for the oldest rings and an atmospheric origin for the youngest rings. Ca isotopes show, for their part, an isotopic homogeneity which could be linked to the very low weathering flux of Ca. Since this flux is weak the spruces’ root systems have pumped the Ca mainly from the organic matter-rich top-soil over the past century. In contrast, the annual growth rings studied are not reliable and suitable archives of past Pb pollution.

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Résumé

La combinaison des isotopes du Sr, du Nd et du Pb, reconnus comme étant des traceurs de sources avec le système isotopique du Ca, connu comme fractionnant lors de processus biologiques, nous a permis de tester le potentiel des cernes de croissance d’un épicéas (Picea abies ) en tant qu’archives environnementales (entre 1916 et 1987) d’un écosystème affecté par des dépôts atmosphériques acides. Les isotopes du Sr et du Pb ont déjà été appliqués antérieurement dans des études de cernes d’arbres, alors que le potentiel des isotopes du Nd et du Ca appliqué à ces objets est étudié dans ce présent article. Nos résultats isotopiques en Sr et Nd indiquent une évolution dans l’origine des cations, les échantillons les plus anciens traduisant une source géogénique alors que les échantillons les plus récents ont une origine atmosphérique. Les isotopes du Ca montrent pour leur part une homogénéité isotopique au cours du temps qui pourrait être liée au très faible flux d’altération du Ca. Par conséquent le système racinaire des épicéas a certainement prélevé le Ca des horizons de sols superficiels riches en matière organique au cours du siècle passé. En revanche les cernes d’arbres étudiées ne sont pas des enregistreurs des pollutions passées en Pb.

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Keywords : Annual tree growth rings, Pb-Nd-Sr-Ca isotopes, Atmosphere, Soil acidification, Soil solutions

Mots clés : Cernes, Anneaux de croissance, Isotopes Pb-Nd-Sr-Ca, Atmosphère, Acidification des sols, Solutions de sols




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