La est une sous-discipline scientifique étroitement liée à la fois à la limnologie et à la paléoécologie. Les études paléolimnologiques se concentrent sur la reconstruction des environnements passés des eaux intérieures (par exemple, les lacs et les cours d'eau) à l'aide des enregistrements géologiques, notamment en ce qui concerne des événements tels que le changement climatique, l'eutrophisation, l'acidification et les processus internalisés.
Les études paléolimnologiques sont principalement menées à l'aide d'analyses des propriétés physiques, chimiques et minéralogiques des sédiments, ou d'enregistrements biologiques tels que le pollen fossile, les diatomées ou les chironomidés.
Étymologie Paléolimnologie vient du grec : παλαιός, palaios, « ancien », λίμνη, limne, « lac » et λόγος, logos, « étude ». Histoire Ontogénie des lacs La plupart des premières études paléolimnologiques se sont concentrées sur la productivité biologique des lacs et sur le rôle des processus internes des lacs dans le développement des lacs. Bien qu'Einar Naumann ait émis l'hypothèse que la productivité des lacs devrait progressivement diminuer en raison du lessivage des sols des bassins versants, August Thienemann a suggéré que le processus inverse s'était probablement produit. Les premiers enregistrements de moucherons semblaient soutenir le point de vue de Thienemann.
Hutchinson et Wollack ont suggéré qu'après un stade oligotrophe initial, les lacs atteindraient et maintiendraient un équilibre trophique. Ils ont également souligné les parallèles entre le développement précoce des communautés lacustres et la phase de croissance sigmoïde des communautés animales – ce qui implique que les premiers processus de développement apparents dans les lacs étaient dominés par les effets de la colonisation et accusaient un retard dû au potentiel reproducteur limité des organismes colonisateurs.
Dans un article classique, Raymond Lindeman a décrit une séquence de développement hypothétique, avec des lacs se développant progressivement à travers des stades oligotrophes, mésotrophes et eutrophes, avant de passer à un stade dystrophique et de se remplir complètement de sédiments. Une communauté forestière climacique finirait par s'établir sur le remblai tourbeux de l'ancien bassin du lac. Ces idées ont été développées par Ed DeeveyDeevey, E. S., Jr. 1955. The obliteration of the hypolimnion. Mem. Ist. Ital. Idrobiol., Suppl 8, 9-38., qui a suggéré que le développement des lacs était dominé par un processus d'eutrophisation morphométrique. À mesure que l’hypolimnion des lacs se remplirait progressivement de sédiments, l’épuisement de l’oxygène favoriserait la libération du phosphore lié au fer dans l’eau sus-jacente. Ce processus de fertilisation interne stimulerait la productivité biologique, accélérant encore le processus de remplissageWalker, I. R. 2006. Chironomid overview. pp.360–366 in S.A. EIias (ed.) Encyclopedia of Quaternary Science, Vo1. 1, Elsevier, Amsterdam.
Les idées de Deevey et Lindemann furent largement acceptées. Bien que ces idées soient encore largement partagées par certains limnologues, elles ont été réfutées en 1957 par Daniel A. Livingstone, étudiant de DeeveyLivingstone, D.A. 1957. On the sigmoid growth phase in the history of Linsley Pond. American Journal of Science 255: 364–373.. Mel WhitesideWhiteside. M. C. 1983. The mythical concept of eutrophication. Hydrobiologia 103, 107–111. a également critiqué l'hypothèse de Deevey et Lindemann ; et les paléolimnologues pensent désormais qu'une multitude de facteurs externes sont tout aussi importants, voire plus, en tant que régulateurs du développement et de la productivité des lacs. En effet, les oscillations climatiques de la fin de la période glaciaire (par exemple, le Dryas récent) semblent avoir été accompagnées de changements parallèles de productivité, ce qui montre que le développement des lacs n'est pas un processus unidirectionnel et que le changement climatique peut avoir un effet profond sur les communautés lacustres.
Eutrophisation anthropique, acidification et changement climatique L'intérêt pour la paléolimnologie s'est finalement déplacé des questions ésotériques de l'ontogenèse des lacs vers les recherches appliquées sur l'impact humain. Torgny Wiederholm et Bill Warwick, par exemple, ont utilisé des fossiles de chironomidés pour évaluer l'impact de l'augmentation de la charge en nutriments d'origine humaine (eutrophisation anthropique) sur les communautés lacustres. Leurs études ont révélé des changements prononcés dans la faune des fonds marins des lacs nord-américains et européens en raison d'un grave manque d'oxygène.
De 1980 à 1990, les efforts des paléolimnologues se sont principalement concentrés sur la compréhension de l'impact de l'activité humaine (par exemple, les pluies acides) par rapport aux processus naturels (par exemple, le lessivage du sol) en tant que moteurs du changement de pH dans les lacs du nordBattarbee, R. W. 1984. Diatom analysis and the acidification of lakes. Philosophical Transactions of the Royal Society of London 305: 451–477.. La sensibilité au pH des communautés de diatomées a été reconnue dès les années 1930, lorsque Friedrich Hustedt a développé une classification des diatomées, basée sur leurs préférences apparentes en matière de pH. Gunnar Nygaard a ensuite développé une série d'indices de pH pour les diatomées. En calibrant ces indices au pH, Jouko Meriläinen a introduit la première fonction de transfert diatomée-pH. En utilisant des archives fossiles de diatomées et de chrysophytes, des groupes de recherche ont pu démontrer clairement que de nombreux lacs du nord s'étaient rapidement acidifiés en raison de l'industrialisation accrue. Bien que les lacs aient également montré une légère tendance à s'acidifier au début de leur histoire (fin glaciaire), le pH de la plupart des lacs était resté stable pendant plusieurs milliers d'années avant leur récente acidification provoquée par l'homme.
Ces dernières années, les paléolimnologues ont reconnu que le climat est une force dominante dans les processus des écosystèmes aquatiques et ont commencé à utiliser les enregistrements lacustres pour reconstruire les paléoclimats. Des enregistrements détaillés du changement climatique historique ont été développés à partir d'une variété d'indicateurs, y compris, par exemple, des reconstructions de paléotempérature dérivées de fossiles de chironomidés et des enregistrements de paléosalinité déduits de diatomées.
Des études récentes menées dans l'Arctique montrent que les changements dans la biodiversité sont en grande partie dus au réchauffement plutôt qu'à d'autres facteurs associés, tels que l'altération humaine et l'acidification. Dans l’Himalaya, les plans d’eau sont non seulement affectés par les perturbations anthropiques, mais également par les différents types de polluants transférés de loin dans la région. Il est donc essentiel de comprendre tous les facteurs associés agissant sur la biodiversité aquatique, tout en analysant l'impact du changement climatique au fil des années, à l'aide des sédiments lacustresSharma, C.M; Sharma, S; Gurung, S; Bajracharya, R.M; Jüttner, I; Pradhan, N.S (2009). "Global Climatic Change and High Altitude Lakes: Impacts on Aquatic Biodiversity and Pollution Status". Natural Resources Management: Reviews and Research in the Himalayan Watersheds. 44 (977): 103–122.. Il est également important de considérer que l'impact du changement climatique varie en fonction de la sensibilité d'un écosystème au changement, lors de l'évaluation du changement climatique d'un point de vue paléolimnologique. Indicateurs paléoclimatiques
La paléoclimatologie (l'étude des climats passés) utilise des données proxy afin de relier les éléments collectés dans des échantillons modernes aux conditions climatiques du passé. En paléolimnologie, les données proxy font référence à des marqueurs physiques préservés ou fossilisés qui servent de substituts aux mesures météorologiques directes. Carottes sédimentaires Les carottes de sédiments sont l'un des principaux outils d'étude de la paléolimnologie en raison du rôle que jouent les sédiments des lacs et des rivières dans la préservation des informations biologiques. Les paléolimnologues collectent des carottes de sédiments et observent divers indicateurs indirects afin de reconstruire la limnologie passée d'une zone. Ces données indirectes comprennent des marqueurs géochimiques et des données isotopiques ainsi que du pollen fossilisé, du charbon de bois, des diatomées, des chironomides et d'autres matières organiques. Ces proxys montrent des distributions et des caractéristiques qui peuvent indiquer des conditions limnologiques passées. Afin de calibrer les données proxy extraites des carottes de sédiments, la nouvelle carotte est comparée à un groupe de celles provenant d'environ 40 lacs d'étalonnage ou plus. Cela permet aux chercheurs d'évaluer les principales différences dans les conditions limnologiques du lac d'où la carotte est prélevée. Les carottes de sédiments lacustres, en particulier, facilitent une analyse plus complète d'une zone en raison de l'accumulation continue de sédiments ainsi que d'autres matières organiques telles que le pollen et le charbon de bois. Les carottes de sédiments peuvent également être datées avec assez de précision, ce qui permet souvent de reconstruire l'histoire des lacs dans un ordre chronologique. Enregistrements des pollens
Le pollen et les spores de la végétation terrestre autour d'un lac se trouvent souvent dans des carottes de sédiments et peuvent être analysés en laboratoire pour déterminer la taxonomie des grains de pollen. La répartition de ces grains de pollen peut donner un aperçu de la répartition historique de la végétation autour du lac. Les enregistrements polliniques dérivés d'évaluations paléolimnologiques permettent également aux chercheurs de suivre la répartition et la densité de différentes classes de végétation sur de longues périodes et de modéliser les écologies successives du paysage environnant. Plusieurs études ont pu évaluer les transitions des profils de végétation en examinant les relations entre différents types d'occupation du sol. Par exemple, une augmentation de la présence de pollen de fougère et de pollen de plantes herbacées coïncidant avec une diminution du pollen des prairies indique souvent une perturbation majeure ou un défrichement important. Une autre tendance qui peut être observée à partir des enregistrements polliniques historiques concerne les taux d'érosion des sols autour du lac, car les taux de pollen arboricole augmentent souvent avec l'érosion des sols en raison de l'augmentation des niveaux de pollen dans les sols de surface.