The impact of oxygen depletion and the concomitant acidification of bottom waters on the preservation of detrital carbonates in the Gulf of the St-Lawrence

Over the past century, dissolved oxygen concentrations (DO) in the bottom waters of the Lower St. Lawrence Estuary (LSLE) and the Gulf have decreased dramatically and led to the development of persistent hypoxia ([O2] = <62.5μmol/L) in the LSLE. Oxygen depletion has been attributed primarily to changes in ocean circulation in the northwest Atlantic Ocean and an increase in the flux of organic matter to the seafloor. Accumulation of metabolic CO2 in these waters has also resulted in their acidification and a decrease in pH (0.3-0.4 pH unit), commensurate to the variation expected for oceanic surface waters by the end of this century, thus, making this setting an excellent analogue for studies of ocean acidification and its potential ecological impacts. The decrease in bottom-water pH is accompanied by a decrease in the carbonate ion concentration and the saturation state of the waters with respect to both calcite and aragonite (ΩC and ΩA). Although the Laurentian Trough sediments are mostly devoid of modern calcium carbonate fossils, detrital (Ordovician/Silurian) carbonates originating from Anticosti Island accumulate on the neighboring seafloor. Whereas aragonite is absent in these sediments, to the best of our knowledge the preservation and dissolution of calcite has not been documented. This study examines the impact of oxygen depletion and the concomitant acidification of bottom waters on the preservation of these detrital carbonates in the Laurentian Trough sediments. Evidence of carbonate mineral dissolution is presented through an analysis of the inorganic carbon content of the sediments and their pore water composition. Historical data are used to determine the temporal evolution of the solid phase profiles as well as document the differential spatial preservation of the detrital carbonates. Finally, the mineralogy, chemical (Mg/Ca) and stable isotopic composition (δ13C and δ18O) of the carbonates in sediment cores recovered in the Trough were compared to the source material eroded from Anticosti Island.Au cours du siècle dernier, les concentrations en oxygène dissous dans les eaux profondes de l'estuaire maritime du Saint-Laurent (EMSL) et du Golfe ont diminuées dramatiquement, menant à une hypoxie persistante ([O2] = <62.5μmol/L). L'appauvrissement en oxygène dissous est principalement due aux changements de la circulation océanique dans le nord-ouest Atlantique età une augmentation du flux de matière organique vers le fond. L'accumulation de CO2 métaboliquedans ces eaux résulte en leur acidification et à une chute du pH (de 0.3-0.4 unité de pH), semblable aux variations attendues pour les eaux océaniques de surface d'ici la fin du siècle. Ainsi, cet environnement est un excellent analogue pour l'étude de l'acidification des océans et ses impacts écologiques potentiels. La diminution du pH des eaux profondes est accompagnée par une diminution de la concentration des ions carbonates et de l'état de saturation de l'eau par rapport à la calcite et à l'aragonite (ΩC and ΩA). Alors que les sédiments de la fosse laurentienne ne contiennent généralement pas de fossiles modernes de carbonate de calcium, des carbonates détritiques (Ordovicien/Silurien) provenant de l'île d'Anticosti s'accumulent sur le fond marin avoisinant. Quoique ces sédiments ne contiennent pas d'aragonite, au meilleur de notre connaissance, la préservation et la dissolution de la calcite n'a pas été documentée. Cette étude examine les impacts de la diminution en oxygène dissous et de l'acidification concomitante sur la préservation de ces carbonates détritiques dans les sédiments de la fosse laurentienne. Nous documentons la dissolution des minéraux carbonatés à l'aide d'une analyse du contenu en carbone inorganique des sédiments et de la composition de leurs eaux porales. Des données historiques sont utilisées pour déterminer l'évolution temporelle des profils de la phase solide ainsi que documenter la variabilité spatiale de la préservation. Finalement, nous comparons la composition minéralogique, chimique (Mg/Ca) et isotopique (δ13C and δ18O) des carbonates de carottes de sédiment provenant de la fosse et du matériel source érodé de l'île d'Anticosti