The effect of temperature on the release of silicon, iron and manganese into seawater from resuspended sediment particles

International audienceSediments are considered to be refractory materials with limited influences on dissolved iron (dFe) pool in the ocean. However, recent field observations and laboratory experiments suggest that iron released from resuspended sediment particles and transported from continental margins is prone to fertilize large areas of the world ocean. Here we conducted a dissolution experiment to quantify the amount of dFe released from two types of resuspended sediments (silicate and calcite-rich) to open ocean surface seawater under two temperatures (5 and 15 °C). We followed pH, dissolved oxygen (dO2), phosphate, silicate, dissolved Fe and Mn concentrations (dFe and dMn), and bacterial abundance over 250 days. Extremely low and undetectable phosphate concentrations (< 50 pmol kg-1) were measured throughout the duration of the experiment, causing limited bacteria growth and stable pH and dissolved O2 concentrations under all conditions. Silicate and dFe concentrations increased through time and high temperature (15 °C) induced more iron dissolution from the two sediments than low temperature (5 °C). Temperature had no effect on the dissolution of Mn. Our results further show that Fe and Mn are not released concurrently from the sediment source and that their distribution can be very different. Scavenging of Fe likely caused a decrease of dFe observed during the experiment, which was probably linked to the formation of Mn oxides. We also observed elevated dissolved Fe isotope ratios after dissolution, around +0.16 to +0.27 ‰. Isotopically heavy Fe was released from sediments to the dissolved pool during the dissolution but no difference in Fe isotope ratios was observed between the two temperature conditions. The Fe isotope fractionation can likely be attributed to ligand complexation and scavenging of Fe. These two mechanisms can be important factors not only in controlling the amount of Fe released from sediments but also in fractionating Fe isotopes at the sediment-seawater boundary.Les sédiments sont considérés comme étant des matériaux réfractaires avec une influence limitée sur le pool de fer dissous (dFe) dans l'océan. Cependant, des observations récentes sur le terrain et des expériences en laboratoire suggèrent que le fer libéré par les particules de sédiments remises en suspension et transportées depuis les marges continentales est susceptible de fertiliser de vastes zones de l'océan mondial. Dans cette étude, nous avons monitoré la dissolution de deux types de sédiments en suspension (riches en silicate et en calcite) pour quantifier la quantité de dFe libérée dans l'eau de mer de surface en océan ouvert à deux températures (5 et 15 °C). Nous avons suivi le pH, l'oxygène dissous (dO2), le phosphate, les silicates, les concentrations de Fe et de Mn dissous (dFe et dMn) et l'abondance bactérienne pendant 250 jours. Des concentrations en phosphate extrêmement faibles et indétectables (< 50 pmol kg-1) ont été mesurées pendant toute la durée de l'expérience, entraînant une croissance bactérienne limitée et des concentrations de pH et d'O2 dissous stables dans toutes les conditions. Les concentrations de silicates et de dFe ont augmenté avec le temps et une température élevée (15 °C) a induit une plus grande dissolution du fer dans les deux sédiments qu'une température basse (5 °C). La température n'a pas eu d'effet sur la dissolution du Mn. Nos résultats montrent en outre que le Fe et le Mn ne sont pas libérés simultanément de la source sédimentaire et que leur distribution peut être très différente. Le piégeage du Fe est probablement à l'origine d'une diminution du dFe observée au cours de l'expérience, probablement liée à la formation d'oxydes de Mn. Nous avons également observé des rapports isotopiques élevés du Fe dissous après dissolution, de l'ordre de +0,16 à +0,27 ‰. Le Fe isotopiquement lourd a été libéré des sédiments vers le pool dissous pendant la dissolution, mais aucune différence dans les rapports isotopiques du Fe n'a été observée entre les deux conditions de température. Le fractionnement isotopique du Fe peut probablement être attribué à la complexation du ligand et au piégeage du Fe. Ces deux mécanismes peuvent être des facteurs importants non seulement pour contrôler la quantité de Fe libérée des sédiments, mais aussi pour fractionner les isotopes du Fe à la limite sédiments-eau