Farmed calcite δ13C at Ascunsă cave, Romania, and its relation with CO2 outgassing and drip rate

Résumé En Fr

When calcite precipitates in caves, its carbon stable isotope signature can be modified by the CO2 outgassing gradient between drip water and cave atmosphere. This effect is modulated by the water residence time in the cave, from its emergence in the cave until the deposition of calcite. Moreover, CO2 solubility, calcite precipitation rate, and isotopic fractionation are controlled by temperature. Here, we present up to date results of an ongoing monitoring study at Ascunsă Cave (Romania), exploring the relationship between farmed calcite δ13C, drip rate, and CO2 outgassing. In addition to measuring CO2 concentration in cave air, we also measured the CO2 concentration in the headspace of a water-air equilibrator that collects drip water without exposing it to cave atmosphere, preventing outgassing. δ13C from calcite farmed at two neighboring stalagmites with different drip rates was also measured. Although caves have generally stable temperatures, we show here that temperature inside Ascunsă and Isverna caves has risen by more than 2°C over the course of a year, bearing important implications for stable isotopic fractionation equations and CO2 dynamics. Our results show that δ13C of farmed calcite has a strong relationship with drip rate at the slow dripping site, but no correlation at the faster dripping site. These two sites are also different when δ13C is compared to the outgassing gradient. At the slower drip site, δ13C and the outgassing gradient are directly correlated, whereas at the faster drip site their correlation is inverse. Our study brings new light onto speleothem δ13C behavior in general, and at Ascunsă Cave in particular, which is crucial for understanding the paleoclimate information captured by speleothems from this cave or elsewhere.

Lorsque la calcite précipite dans les grottes, la signature isotopique en carbone peut être modifiée par le gradient de dégazage du CO2 entre l’eau de ruissellement et l’atmosphère de la grotte. Cet effet est modulé par le temps de séjour de l’eau dans la grotte, depuis son émergence dans la grotte jusqu’au dépôt de la calcite. De plus, la solubilité du CO2, le taux de précipitation de la calcite et le fractionnement isotopique sont contrôlés par la température. Dans cette étude, nous présentons des résultats actualisés d’une étude de suivi en cours dans la grotte d’Ascunsă (Roumanie), qui explore la relation entre les valeurs de δ13C de calcite déposée, le taux d’écoulement goutte-à-goutte et le dégazage du CO2. En plus de la mesure de la concentration de CO2 de l’air de la grotte, nous avons également mesuré la concentration de CO2 dans la partie supérieure d’un équilibreur eau-air qui collecte les gouttes d’eau sans les exposer à l’atmosphère de la grotte, empêchant ainsi le dégazage. Les valeurs modernes de δ13C de la calcite dans deux stalagmites voisines avec des débits d’écoulement goutte-à-goutte différents ont également été mesurées. Bien que les grottes aient des températures généralement stables, nous montrons ici que la température à l’intérieur des grottes d’Ascunsă et d’Isverna a augmenté de plus de 2°C en un an, ce qui a des implications importantes pour les équations de fractionnement d’isotopes stables et sur la dynamique du CO2. Nos résultats montrent que les valeurs de δ13C de la calcite et du taux d’écoulement goutte-à-goutte ne sont corrélées que dans le site ayant un débit goutte-à-goutte faible. Ces deux sites diffèrent également lorsque l’on compare les valeurs de δ13C avec le gradient de dégazage. À débit d’écoulement goutte-à-goutte lent, les valeurs de δ13C et le gradient de dégazage sont directement corrélés, alors que lorsqu’il est rapide, ces deux valeurs sont anti-corrélées. Notre étude apporte donc un nouvel éclairage sur le comportement des valeurs de δ13C des spéléothèmes en général, et dans les grottes d’Ascunsă en particulier, ce qui est crucial afin de comprendre les informations paléoclimatiques enregistrées par les spéléothèmes de ces grottes et d’autres.