De minuscules cristaux de gypse peuvent rendre le phytoplancton si lourd qu'il coule rapidement, transporter de grandes quantités de carbone dans les profondeurs de l'océan. Des experts de l'Institut Alfred Wegener ont récemment observé ce phénomène pour la première fois dans l'Arctique. En raison de ce transport massif d'algues, à l'avenir, de grandes quantités de nutriments pourraient être perdues dans les eaux de surface.

Quand les algues marines meurent, ils flottent généralement au ralenti jusqu'aux profondeurs de l'océan. Cependant, lors d'une expédition avec le brise-glace de recherche Polarstern vers l'Arctique au printemps 2015, scientifiques de l'Institut Alfred Wegener, Le Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) a découvert un phénomène qui accélère considérablement ce transport :de minuscules cristaux de gypse, qui se forment lors de la congélation du sel dans les espaces poreux de la banquise arctique, alourdir le phytoplancton comme un lest lourd, les tirant vers le bas en quelques heures.

L'effet est comme un ascenseur express pour le carbone qu'ils contiennent. "Ce mécanisme était auparavant complètement inconnu, " dit le bio-géologue marin Dr Jutta Wollenburg, qui a découvert les morceaux de phytoplancton lestés de cristaux de gypse sur le fond marin lors de l'expédition TRANSSIZ. Maintenant, avec une équipe internationale de chercheurs, elle a publié un article dans la revue Rapports scientifiques sur ce processus. "L'exportation rapide de phytoplancton pourrait avoir un certain nombre d'effets sur le cycle du carbone et la productivité de l'Arctique, à des échelles que nous ne pouvons pas encore prédire avec précision."

Tout comme les plantes sur terre, lors de la photosynthèse, le phytoplancton absorbe le dioxyde de carbone, qu'ils utilisent pour produire des composés de glucose à haute énergie. De cette façon, ils absorbent le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Une fois le phytoplancton mort, il commence à couler. Pourtant, seule une petite fraction atteint réellement le fond marin. La grande majorité du phytoplancton reste dans les couches d'eau supérieures où il est décomposé par les bactéries, libérant leurs nutriments et leur dioxyde de carbone. En revanche, les cristaux de gypse incorporés entraînent apparemment les grumeaux de phytoplancton si rapidement qu'ils n'ont pas le temps de se décomposer, provoquant plus de masse de phytoplancton pour atteindre le fond marin. Si ces cristaux entraînent le phytoplancton avant que les bactéries ne puissent les décomposer, les couches d'eau supérieures pourraient perdre des nutriments comme le nitrate. Cela pourrait, à son tour, affecter le réseau trophique marin. Nutriments, qui sont importants pour la croissance du phytoplancton, sont rares ; à son tour, le phytoplancton est la source de nourriture des petits crustacés, qui sont eux-mêmes un aliment de base pour le poisson. "Toutefois, en raison du transport du gypse, plus de nourriture trouve son chemin vers les profondeurs océaniques généralement pauvres en nourriture, " dit Jutta Wollenburg. " Nous avons déjà observé comment l'afflux de nourriture modifié a influencé les communautés biologiques des grands fonds de l'Arctique. "

En tant que tel, ce phénomène nouvellement observé soulève un certain nombre de nouvelles questions. Jutta Wollenburg l'a remarqué pour la première fois lors du déploiement d'un multicore (MUC) - un appareil équipé d'une caméra vidéo et utilisé pour collecter des échantillons de sédiments du fond de l'océan - à bord du navire de recherche Polarstern. "Alors que le multicœur faisait sa descente, nous continuions à voir des amas denses de phytoplancton qui coulaient rapidement, et nous en avons trouvé plus tard beaucoup d'autres éparpillés sur le fond marin."

Wollenburg a été surpris qu'aucun autre chercheur n'ait jamais signalé une concentration aussi dense de phytoplancton sous une couche de glace solide à toutes les profondeurs d'eau jusqu'au fond de l'océan. En utilisant le multicore, elle a apporté un certain nombre de morceaux à bord. Sous le microscope, elle pouvait voir qu'entre les algues, il y avait d'innombrables aiguilles de cristal d'un centimètre de long. Après son retour à Bremerhaven, ses collègues ont examiné de plus près le matériel, qu'ils ont identifié comme du gypse. Le gypse se compose de calcium et de sulfate, des minéraux qui s'enrichissent dans les espaces poreux de la glace de mer pendant le processus de congélation.

"Nous savons maintenant que ces cristaux se forment dans la banquise à basse température, " dit Christian Katlein, physicien de la glace de mer de l'AWI. " Au printemps, quand la glace commence lentement à fondre, de grandes quantités de ces cristaux de gypse sont libérées." Dans ce cas particulier, cela s'est produit lorsque la première lumière du printemps a pénétré la glace qui s'amincit, provoquant la reproduction rapide de l'algue mousse Phaeocystis et la production de ce qu'on appelle une floraison printanière. Grâce à la surface collante du phytoplancton, les cristaux de gypse peuvent y adhérer jusqu'à ce que les grumeaux deviennent si lourds qu'ils coulent rapidement.

C'est remarquable, selon Wollenburg, parce que le changement climatique signifie que la glace de mer, qui est maintenant principalement de la glace de première année, fond de plus en plus au printemps. Par conséquent, à l'avenir, d'autres cristaux de gypse seront probablement libérés au moment de la floraison printanière. Par ailleurs, la banquise devient de plus en plus fragile et donc plus transparente. Cela conduit à une prolifération prolongée d'algues sous la glace. Phaeocystis peut prospérer avec relativement peu de lumière. "Par conséquent, les deux phénomènes — les blooms et la libération de cristaux de gypse — pourraient à l'avenir coïncider plus souvent, " déclare Ilka Peeken, écologiste des glaces de mer AWI. " S'ils le font, des quantités considérables de masse de phytoplancton pourraient couler au fond des fonds marins. » Cela pourrait avoir des conséquences sur la vie dans les eaux de l'Arctique :ce qui pourrait éventuellement affecter le nombre de poissons, et avec elle l'industrie de la pêche dans la région, " dit Jutta Wollenburg.

Une autre question est de savoir si le phénomène de transport accéléré de la biomasse algale n'apporterait pas réellement plus de carbone au fond des océans, où il restera stocké pendant plusieurs centaines d'années. Les experts appellent également ce mécanisme la « pompe à carbone biologique ».

"C'est une possibilité distincte que, de la même manière, plus de carbone se retrouve dans les profondeurs de l'océan Antarctique qu'on ne le pensait jusqu'à présent, " dit Wollenburg. En conséquence, elle et ses collègues envisagent désormais d'analyser de plus près ce processus dans les régions polaires.