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1. Hydrogen isotopic fractionations during syntheses of lipid biomarkers in the seeds of broomcorn millet (Panicum miliaceum L.) under controlled environmental conditions

Author

Patricia Richard, Nicolas Bossard, Valery J. Terwilliger, Claude Le Milbeau, Elisabeth Vergès, Philippe Biron, Jérémy Jacob, Thierry Bariac, Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Biogéosystèmes Continentaux - UMR7327, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Géochrononologie Traceurs Archéométrie (GEOTRAC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (iEES Paris ), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), LE STUDIUM (LE STUDIUM), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Centre national du machinisme agricole, du génie rural, des eaux et forêts (CEMAGREF)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), University of Kansas [Kansas City], Simon Fraser University (SFU.ca), Ministère de la Recherche et de l’Enseignement Supérieur (Action Thématique Prioritaire, 2009-2012)., Le Studium® (Loire Institute for Advanced Studies)., ANR-10-JCJC-0607,PalHydroMil,Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze(2010), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), POTHIER, Nathalie, and Jeunes Chercheuses et Jeunes Chercheurs - Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze - - PalHydroMil2010 - ANR-10-JCJC-0607 - JCJC - VALID

Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences, Hydrogen, chemistry.chemical_element, Biosynthetic fractionation hydrogen isotopes Panicum miliaceum Biogeochemical chambers compound-specific δ2H, Fractionation, Leaf water, 010502 geochemistry & geophysics, Graminoid, 01 natural sciences, GEOF, [SDU] Sciences of the Universe [physics], Triterpene, Geochemistry and Petrology, Relative humidity, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, chemistry.chemical_classification, Panicum miliaceum, biology, Chemistry, food and beverages, miliacin, biology.organism_classification, [SDU.ENVI] Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, [SDU]Sciences of the Universe [physics], Environmental chemistry, biomarker, Lipid biomarkers
Abstract

International audience; Compound specific hydrogen isotopic analyses have the potential to reveal the biosynthetic pathways of biomarkers and to reconstruct the effects of water stress in a plant, or in an ecosystem. Although C4 graminoids are of great geological interest and are some of the world's leading crops, there are few experimental studies of their biomarker responses to hydrological conditions. Here, we study a C4 graminoid, broomcorn millet, and compare the effects of controlled changes in environmental conditions on the distributions of n-alkane homologues and on the pentacyclic triterpene, miliacin, which is a biomarker for broomcorn millet; both were measured in the seeds of the graminoid. Broomcorn millet plants were propagated in hydroponic solutions with four different δ2H values for each of two growth chambers, differing in relative humidity (58 and 74 %). Analyses of δ2H values of the lipid compounds (miliacin and n-alkanes) in seeds and water extracted from transpiring and non-transpiring organs allowed us to quantify the apparent (lipids vs. source water to plant) and biosynthetic (lipids vs. leaf water) fractionations during miliacin and n-alkane syntheses. Miliacin and n-alkane δ2H values were linearly related to leaf water δ2H values, permitting credible biosynthetic fractionations to be calculated for n-alkanes (average -149.5‰ ± 11) and miliacin (-118‰ ± 5). These biosynthetic fractionations were within the range of published values for compounds with their respective biosynthetic pathways, although a 2H-enrichment of miliacin compared to n-alkanes remains unexplained.Whereas a 16% decrease in relative humidity had no significant impact on the biosynthetic fractionation of miliacin, n-C25 and n-C27 alkanes, it led to a ∼25‰ decrease in biosynthetic fractionation for n-C31 and n-C33 alkanes. This could be the consequence of a contribution of more depleted pools of hydrogen atoms in cytoplasmic water (compared to chloroplastic hydrogen pools) during the n-alkyl lipid elongation process. This finding suggests that the respective influences of source water δ2H values and relative humidity on the δ2H values of organic compounds may be discretely inferred by examining the δ2H values of compounds synthesized from distinct sources of hydrogen in cells. It provides clues to the biosynthetic fractionations in a C4 plant for compounds derived from distinct pathways, but also highlights specific issues related to seed lipids that would require further research.

Published
2021
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2. Multiple Early Eocene carbon isotope excursions associated with environmental changes in the Dieppe-Hampshire Basin (NW Europe)

Author

Garel, Sylvain, Dupuis, Christian, Quesnel, Florence, jacob, j, Yans, Johan, Magioncalda, Roberto, Fléhoc, Christine, Schnyder, Johann, Institut des Sciences de la Terre de Paris (iSTeP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Biogéosystèmes Continentaux - UMR7327, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), Faculté polytechnique de Mons, Université de Mons (UMons), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géochrononologie Traceurs Archéométrie (GEOTRAC), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of Life, Earth and Environment, Université de Namur [Namur] (UNamur), FRAMATOME, ANR-10-JCJC-0607,PalHydroMil,Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze(2010), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)

Subjects
PETM, Early Eocene, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, Dieppe-Hampshire Basin, paleohydrology, Palynofacies, GEOF, Bassin de Dieppe-Hampshire, dieppe-hampshire basin, [SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems, early eocene, [SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry, paléohydrologie, palynofaciès, carbon isotope excursions, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, Paleohydrology, lcsh:QE1-996.5, lcsh:Geology, excursions isotopiques du carbone, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.ST]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Stratigraphy, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, Carbon isotope excursions, palynofacies, Eocène inférieur
Abstract

International audience; The early Eocene experienced a series of short-lived global warming events, known as hyperthermals, associated with negative carbon isotope excursions (CIE). The Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM or ETM-1) and Eocene Thermal Maximum 2 (ETM-2) are the two main events of this Epoch, both marked by massive sea-floor carbonate dissolution. Their timing, amplitude and impacts are rather well documented, but CIEs with lower amplitudes also associated with carbonate dissolution are still poorly studied (e.g. events E1 to H1), especially in the terrestrial realm where hiatus/disconformities and various sedimentary rates in a single succession may complicate the assignation to global isotopic events. Here we present a new high-resolution multi-proxy study on the terrestrial, lagoonal and shallow marine late Paleocene-early Eocene succession from two sites of the Cap d’Ailly area in the Dieppe- Hampshire Basin (Normandy, France). Carbon isotope data (δ13C) on bulk organic matter and higher- plant derived n-alkanes, and K-Ar ages on authigenic glauconite were determined to provide a stratigraphic framework. Palynofacies, distribution and hydrogen isotope values (δ2H) of higher-plant derived n-alkanes allowed us to unravel paleoenvironmental and paleoclimatic changes. In coastal sediments of the Cap d’Ailly area, δ13C values revealed two main negative CIEs, from base to top CIE1 and CIE2, and 3 less pronounced negative excursions older than the NP11 nannofossil biozone. While the CIE1 is clearly linked with the PETM initiation, the CIE2 could either correspond to 1) a second excursion within the PETM interval caused by strong local environmental changes or 2) a global carbon isotopic event that occurred between the PETM and ETM-2. Paleoenvironmental data indicated that both main CIEs were associated with dramatic changes such as eutrophication, algal and/or dinoflagellate blooms along with paleohydrological variations and an increase in seasonality. They revealed that the intervals immediately below these CIEs are also marked by environmental and climatic changes. Thus, this study shows either 1) a PETM marked by at least two distinct intervals of strong environmental and climatic changes or 2) at least one “minor” CIE: E1, E2, F or G, was associated with strong environmental and climatic changes similar to those that occurred during the PETM.

Published
2020
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3. (D/H) Isotopic Fractionation by Anisotropic NAD 2D-NMR Spectroscopy: Exploiting the Analytical Wealth of Oriented Solvents to Investigate Molecules of Interest

Author

Lesot, Philippe, Berdagué, Philippe, Jacob, Jérémy, Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-10-JCJC-0607,PalHydroMil,Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze(2010), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)

Subjects
hydrogen isotopes, [SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems, [CHIM.ORGA]Chemical Sciences/Organic chemistry, [SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, paleoclimate, miliacin, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, GEOF, deuterium, RMN
Abstract

International audience; The deuterium/hydrogen (D/H)i ratio measurement by quantitative 2H-{1H} NMR spectroscopy is a method of choice in numerous analytical fields such as the study of biosynthetic pathway or kinetic isotopic effects associated with enzyme-catalyzed reaction, the determination of botanical or geographical origin of biocompounds, and last by not least, the authentication of molecules in the frame of the fight against counterfeigthing [1,2]. As the solvent used in the « SNIF-NMR » protocol is both isotropic (liquid) and achiral, the efficiency of the current protocol is basically limited for two reasons : i) the small 2H chemical shift dispersion of deuterium nuclei (expressed i Hz); ii) the impossibility of spectrally discriminating enantiotopic sites (methylene prostereogenic sites) in prochiral molecules or enantiomers of chiral molecules, hence precluding the quantification of isotopic fractionation on methylene prostereogenic sites or mirror-image isomers [3].To overcome these drawbacks, the natural abundance deuterium bidimensional NMR (NAD 2D-NMR) using chiral oriented phases is a powerful way to separate deuterium signals of monodeutero-isotopomers on the basis of the quadrupolar interaction, not longer averaged to zero as in isotropic NMR. The distribution of quadrupolar doublets on the 2D maps significantly facilitates the analysis of overcrowded NAD 1D-NMR spectra obtained in liquid state, thus providing a real original and robust approach to classical tool [2-5]. To illustrate the analytical potential of the method, various illustrative examples of (pro)chiral molecules of interest are presented. Among them, the case of miliacin of a triterpenic chiral molecular biomarker found in sedimentary archives is examined [6,7]. Among perspectives, this approach has the potential to permit predicting isotopic natural fractionations during pentacyclic triterpene diagenesis.References:[1] G. J. Martin, M.L. Martin, Tet. Lett., 22, 3525, (1981).[2] P. Lesot, Encyclopedia of Magnetic Resonance (eMagRes), 2 (3), 315, (2013).[3] P. Lesot, C. Aroulanda, H. Zimmermann, Z. Luz Chem. Soc. Rev., 44, 230, (2015). [4] P. Lesot, Z. Serhan, I. Billault, Anal. Bioanal. Chem., 399, 1187, (2011).[5] Z. Serhan, I. Billault, A. Borgogno, A. Ferrarini, P. Lesot, Chem. Eur. J., 18, 117, (2012). [6] P. Berdagué, P. Lesot, J. Jacob, V.-J. Terwilliger, C. Le Milbeau, Geochim. Cosmochim. Acta, 173, 337, (2016).[7] http://www.cnrs.fr/inc/communication/direct_labos/lesot2.htm http://www.insu.cnrs.fr/environnement/actualites

Published
2016

4. Molecular biomarkers of anthropic impacts in natural archives

Author

Dubois, Nathalie, Jacob, Jérémy, Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), Surface Waters Researchand Management, Swiss Federal Insitute of Aquatic Science and Technology [Dübendorf] (EAWAG), Fabien Arnaud, EDYTEM, ANR-10-JCJC-0607,PalHydroMil,Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze(2010), Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz, Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
sedimentary archives, [CHIM.ORGA]Chemical Sciences/Organic chemistry, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, organic geochemistry, GEOF, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, anthropisation, [SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, [SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry, [SDU.STU.ST]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Stratigraphy, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, paleoenvironments, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Biomarkers
Abstract

International audience; Molecular fossils are becoming increasingly important tools in paleoenvironmental research, and over recent years, some were shown to be useful indicators of human activities. Common indicators of human impacts include pollen, charcoal, sedimentation rates, and magnetic susceptibility, each of which has its limitations. Thus the advent of novel molecular markers of human activities provides an additional set of tools to make the difficult distinction between anthropogenic and natural factors that have influenced the environment in the past. The fossil biomarkers record preserved in natural archives provides valuable temporal and spatial insights on land use such as cultivation practices and pastoral activities, post-harvesting activities (e.g. retting), and their consequences on the environments and ecosystems. Here we will present a review of the progress that has been made in developing novel biomarkers of human activities, differentiating those indicating environmental changes that can be related to human activities from those unambiguously attributable to human activities.

Published
2016

5. La représentativité spatio-temporelle des biomarqueurs moléculaires dans les archives sédimentaires

Author

Jacob, Jérémy, Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), ANR-10-JCJC-0607,PalHydroMil,Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze(2010), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, polluants, GEOF, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, environnement, Sédiments, [SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, [SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry, géochimie organique, [SDU.STU.ST]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Stratigraphy, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, paléoenvironnements, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, archives, biomarqueurs moléculaires
Abstract

National audience; L'histoire de la Terre peut être reconstituée au moyen d'archives naturelles telles que les sédiments accumulés dans les systèmes lacustres et issus de l'érosion des sols de leurs bassins versants. Le challenge pour les paléoenvironnementalistes est de décrypter les informations que recèlent ces archives pour reconstituer l'évolution temporelle de ces bassins versants. L'Institut des Sciences de la Terre d'Orléans a une longue tradition dans cet exercice, notamment à travers l'analyse des matières et molécules organiques préservées dans ces sédiments afin de reconstituer les interactions entre évolution climatique, trajectoires des sociétés, et dynamique des écosystèmes. Après avoir présenté la démarche générale et fourni quelques exemples de développement des biomarqueurs moléculaires appliqués aux reconstitutions paléoenvironnementales, l'exposé traitera de la représentativité (quantitative, spatiale et temporelle) de ces molécules dans l'archive sédimentaire, et des passerelles que ces questions suggèrent avec d'autres disciplines et communautés (biologie, archéologie, climatologie, écologie, dynamique des polluants….).

Published
2016

6. The Pliensbachian-Toarcian paleoclimate transition: New insights from organic geochemistry and C, H, N isotopes in a continental section from Central Asia

Author

François Baudin, Denise Pons, Arnaud Huguet, Marc Philippe, Sylvie Derenne, Romain Tramoy, Mathieu Sebilo, Johan Yans, Jérémy Jacob, Johann Schnyder, T. T. Nguyen Tu, Institut des Sciences de la Terre de Paris (iSTeP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Evolution et Modélisation des Bassins Sédimentaires (EMBS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Facultés Universitaires Notre Dame de la Paix (FUNDP), Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Biogéosystèmes Continentaux - UMR7327, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (iEES), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de recherche sur la Paléobiodiversité et les Paléoenvironnements (CR2P), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), EMERGENCE 2012 project from the UPMC, DARIUS program in the framework of a collaboration with KAZNTU, Almaty, ANR-10-JCJC-0607,PalHydroMil,Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze(2010), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Facultés Universitaires Notre Dame de la Paix (FUNDP) - Namur, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut d'écologie et des sciences de l'environnement de Paris (IEES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE), Systèmes d'élevage, nutrition animale et humaine (SENAH), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AGROCAMPUS OUEST, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)

Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences, Climate change, Xenoxylon, 010502 geochemistry & geophysics, Oceanography, 01 natural sciences, GEOF, δ2H, Paleontology, n-Alkanes, Paleoclimatology, Organic geochemistry, medicine, Temperate climate, δ15Norg, δH, Organic matter, brGDGT, Ecology, Evolution, Behavior and Systematics, 0105 earth and related environmental sciences, Earth-Surface Processes, chemistry.chemical_classification, δN, 15. Life on land, Seasonality, medicine.disease, Isotopes of nitrogen, chemistry, 13. Climate action, Period (geology), [SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology, Geology
Abstract

The Taskomirsay section (South Kazakhstan) is a unique Pliensbachian-Toarcian sequence of lignites, clayey layers and silty-sandstones deposited in a fluvial/lacustrine environment with nearby swampy areas. This period, characterized by a drastic climate change, has been particularly studied in Western Tethyan marine environments, whereas very few studies focused on continental settings. Paleoflora analyses, associated with a multi-isotope approach, based on well-preserved Type-III bulk organic nitrogen isotopes (δ15Norg) and hydrogen isotopic composition (δ2H) of n-alkanes, were developed to document paleoclimatic changes in the area. Sporomorph associations and fossil woods revealed a globally warm- to cool-temperate climate – characterized by Xenoxylon, a conifer morphogenus biogeographically related to cool/humid settings – apart from slightly less humid and warmer conditions in the early Toarcian. Warmer conditions are supported by reconstructed Mean Annual Air Temperatures (MAATs), based on the first branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers (brGDGTs) ever recorded in the Early Jurassic. Nevertheless, no drastic changes were recorded in the δ15Norg values; its signal being attributed to tenuous equilibrium between water- and nutrient-availability via intense N-recycling. Based on n-alkane distributions, sources of organic matter were separated in two pools: (i) a purely terrestrial (n-C27) and (ii) an “aquatic” pool (n-C23) constituted of vegetation that thrived under almost permanent water supply. The n-alkane δ2H values (− 248 to − 151‰) as well as their amounts and average chain lengths (ACL) are in agreement with cool-temperate conditions in the Pliensbachian and less humid/warmer conditions in the early Toarcian. The isotopic difference between δ2H values of n-C27 and n-C23 (Δ2Hter-aq) suggests enhanced seasonality during the Pliensbachian-Toarcian transition and low seasonality in the early Toarcian, in agreement with temperate climate-regime. Finally, contrasted response to paleoclimate changes between markers suggests different spatial integration of those proxies. The role of sea-level variations for δ2H values might also resolve this contrasted response.

Published
2016
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7. Miliacin from broomcorn millet – a fossil molecule of multiple interests for archaeologists and paleoenvironmentalists

Author

Jacob, Jérémy, Simonneau, Anaëlle, Bossard, Nicolas, Le Milbeau, Claude, Lavrieux, Marlène, Motuzaite-Matuzeviciute, Giedre, Terwilliger, Valery T., Lesot, Philippe, Poissonnier, Bertrand, Billaud, Yves, Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), Swiss Federal Institute of Aquatic Science & Technology (EAWA), History Faculty/Department of Archaeology, Vilnius University [Vilnius], McDonald Institute for Archaeological Research, University of Cambridge [UK] (CAM), Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut national de recherches archéologiques préventives (Inrap), Département des Recherches Archéologiques Subaquatiques et Sous-Marines [Marseille] (DRASSM), Ministère de la Culture (MC), ANR-10-JCJC-0607,PalHydroMil,Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze(2010), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
archaeobotanic, Millet, [SHS.ARCHEO]Humanities and Social Sciences/Archaeology and Prehistory, [CHIM.ORGA]Chemical Sciences/Organic chemistry, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, miliacin, organic geochemistry, archaeology, caucasus, GEOF, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, [SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems, [SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment
Abstract

International audience; Miliacin (olean-18-en-3β-ol methyl ether) is a fossil molecule that was recently detected in Lake le Bourget (LlB, French Alps) sediments. Comparison of potential plant producers with plants thriving around the lake at time of sedimentation concluded that Panicum miliaceum cultivated in the catchment was its most probable source. Since this discovery, it became possible to track the former presence of P. miliaceum over its area of extension and diffusion by detecting miliacin in sediments. This first allowed us reconstructing the history of millet cultivation around LlB, characterized by a beginning around 1700 B.C. and a maximum at 800 B.C. before a drastic drop at the Bronze Age/Iron Age transition. Examination of miliacin in sediments from Lake Lledro (Italy) and Paladru (France) revealed distinct dates of its first occurrence, attesting to a complex pattern of diffusion through the Alps. A twin high resolution record of miliacin in LlB Bronze Age sediments evidences periods of low and high concentrations that could result from varying levels of consumption potentially related to climate changes. While trying tospotpaleo-millet fields cultivated during the Bronze Age around LlB, we have analyzed soils in its surroundings. Miliacin is present but not abundant in soils and there is no logical pattern in its spatial distribution. Insufficient miliacin concentrations prevented any 14 C measurement that would have ascertained a molecular legacy of soils from Bronze Age millet cultivation. Reversely, we found miliacin in paleosoils from Ukraine that attested to the in situ cultivation of millet by Iron Age nomad populations. Miliacin is not solely produced by P. miliaceum. Previous studies indicate it can be found in a large spectrum of organisms (gramineae but also, surprisingly, molds), of which Setaria italica, the Italian millet. We analyzed seeds of several strains of P. miliaceum, several Panicum sp. and other gramineae such as S. italica. We found miliacin very abundant in any cultivar of P. miliaceum, present in all Panicum sp., in somePennisetum sp. but absent fromthree varieties of S. italica. In addition, we were unable to recover miliacin from Chaetomiumolivaceum, a mold, although operating under the

Published
2015

8. Contribution de la RMN 2D DAN anisotrope à la détermination du profil isotopique (D/H) i dans des biomarqueurs: étude de la miliacine

Author

Berdagué, Philippe, Jacob, Jérémy, Terwilliger, Valerie, Lemilbeau, Claude, Lesot, Philippe, Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-10-JCJC-0607,PalHydroMil,Reconstructions paléohydrologiques à partir du dD de lipides produits par les végétaux supérieurs. Calibration, validation et application aux variations hydrologiques dans les Alpes pendant l'âge du Bronze(2010), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)

Subjects
paléoclimats, abondance naturelle, [CHIM.ORGA]Chemical Sciences/Organic chemistry, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, [SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry, [SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies, deutérium, miliacin, GEOF, biomarqueur, RMN
Abstract

International audience; Références :[1] Ph Lesot, C. Aroulanda, H. Zimmermann, Z. Luz, Chem. Soc. Rev., 44, 2330, (2015).[2] Ph. Lesot, Encyclopedia of Magnetic Resonance (eMagRes), 2(3), 315, (2013).[3] Z. Serhan, I. Billault, A. Borgogno, A. Ferrarini, Ph. Lesot, Chem. Eur. J., 18, 117, (2012).[4] N. Bossard, J. Jacob, C. LeMilbeau, J. Sauze, V.J. Terwilliger, B. Poissonnier, E. Vergès Org. Geochem., 63, 48, (2013).[5] Ph. Berdagué, Ph. Lesot, J. Jacob, V.J. Terwilliger, C. LeMilbeau, Geochemica Cosmo-chimica Acta, soumise, (2015).

Published
2015

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