Pratiquement toute la vie marine dépend de la productivité du phytoplancton, des organismes microscopiques qui travaillent sans relâche à la surface de l'océan pour absorber le dioxyde de carbone qui se dissout dans la partie supérieure de l'océan depuis l'atmosphère.

Grâce à la photosynthèse, ces microbes décomposent le dioxyde de carbone en oxygène, dont une partie est finalement rejetée dans l'atmosphère, et le carbone organique, qu'ils stockent jusqu'à ce qu'ils soient eux-mêmes consommés. Ce carbone dérivé du plancton alimente le reste de la chaîne alimentaire marine, des plus petites crevettes aux tortues de mer géantes et aux baleines à bosse.

Maintenant, scientifiques du MIT, Institution océanographique de Woods Hole (WHOI), et ailleurs ont trouvé des preuves que la productivité du phytoplancton diminue régulièrement dans l'Atlantique Nord, l'un des bassins marins les plus productifs au monde.

Dans un article paru aujourd'hui dans La nature , les chercheurs rapportent que la productivité du phytoplancton dans cette région importante a baissé d'environ 10 pour cent depuis le milieu du XIXe siècle et le début de l'ère industrielle. Cette baisse coïncide avec une augmentation constante des températures de surface au cours de la même période.

Matthieu Osman, l'auteur principal de l'article et étudiant diplômé du Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et Planetary Sciences et le programme conjoint MIT/WHOI en océanographie, dit qu'il y a des indications que la productivité du phytoplancton pourrait encore baisser à mesure que les températures continuent d'augmenter en raison du changement climatique induit par l'homme.

"C'est une baisse suffisamment importante pour qu'on s'en préoccupe, " dit Osman. " La productivité des océans dépend à peu près de la quantité de phytoplancton dont vous disposez. Cela se traduit donc par 10 pour cent de la base alimentaire marine dans cette région qui a été perdue au cours de l'ère industrielle. Si nous avons une population croissante mais une base alimentaire décroissante, à un moment donné, nous allons probablement ressentir les effets de ce déclin."

Percer des "crêpes" de glace

Osman et ses collègues ont recherché les tendances de la productivité du phytoplancton en utilisant le composé moléculaire acide méthanesulfonique, ou MSA. Lorsque le phytoplancton se développe en grandes fleurs, certains microbes émettent du sulfure de diméthyle, ou DMS, un aérosol qui est projeté dans l'atmosphère et qui finit par se décomposer en aérosol de sulfate, ou MSA, qui est ensuite déposé sur les surfaces marines ou terrestres par les vents.

"Contrairement au sulfate, qui peut avoir de nombreuses sources dans l'atmosphère, il a été reconnu il y a environ 30 ans que MSA avait un aspect tout à fait unique, c'est qu'il est uniquement dérivé de DMS, qui à son tour n'est dérivé que de ces efflorescences phytoplanctoniques, " dit Osman. " Donc, tout MSA que vous mesurez, vous pouvez être sûr qu'il n'a qu'une seule source :le phytoplancton."

Dans l'Atlantique Nord, le phytoplancton a probablement produit du MSA qui s'est déposé au nord, y compris à travers le Groenland. Les chercheurs ont mesuré la MSA dans les carottes de glace du Groenland, dans ce cas à l'aide de colonnes de neige et de glace de 100 à 200 mètres de long qui représentent des couches d'événements de chutes de neige passés préservés pendant des centaines d'années.

"Ce sont essentiellement des couches de glace sédimentaires qui ont été empilées les unes sur les autres au fil des siècles, comme des crêpes, " dit Osman.

L'équipe a analysé 12 carottes de glace en tout, chacun collecté à un endroit différent sur la calotte glaciaire du Groenland par divers groupes des années 1980 à nos jours. Osman et sa conseillère Sarah Das, chercheur associé à WHOI et co-auteur de l'article, collecté une des carottes lors d'une expédition en avril 2015.

« Les conditions peuvent être très dures, " dit Osman. " Il fait moins 30 degrés Celsius, venteux, et il y a souvent des conditions de voile blanc dans une tempête de neige, où il est difficile de différencier le ciel de la calotte glaciaire elle-même."

L'équipe a néanmoins pu extraire, mètre par mètre, un noyau de 100 mètres de long, à l'aide d'une perceuse géante qui a été livrée à l'emplacement de l'équipe via un petit avion équipé de skis. Ils ont immédiatement archivé chaque segment de carotte de glace dans une boîte de stockage à froid fortement isolée, puis a fait voler les caisses sur des "vols en pont froid" - des avions avec des conditions ambiantes d'environ moins 20 degrés Celsius. Une fois les avions atterris, des camions congélateurs ont transporté les carottes de glace jusqu'aux laboratoires de carottes de glace des scientifiques.

"L'ensemble du processus de transport en toute sécurité d'une section de glace de 100 mètres du Groenland, maintenu à des conditions de moins -20 degrés, le retour aux États-Unis est une entreprise gigantesque, " dit Osman.

Effets en cascade

L'équipe a intégré l'expertise de chercheurs de divers laboratoires du monde entier dans l'analyse de chacune des 12 carottes de glace pour la MSA. Sur les 12 enregistrements, ils ont observé une baisse notable des concentrations de MSA, à partir du milieu du XIXe siècle, vers le début de l'ère industrielle lorsque la production à grande échelle de gaz à effet de serre a commencé. Cette baisse de la MSA est directement liée à une baisse de la productivité du phytoplancton dans l'Atlantique Nord.

"C'est la première fois que nous utilisons collectivement ces enregistrements MSA de carottes de glace de tout le Groenland, et ils montrent ce signal cohérent. Nous assistons à un déclin à long terme qui commence à peu près au même moment où nous avons commencé à perturber le système climatique avec des émissions de gaz à effet de serre à l'échelle industrielle, " dit Osman. " L'Atlantique Nord est une zone tellement productive, et il y a une énorme économie de pêche multinationale liée à cette productivité. Tout changement à la base de cette chaîne alimentaire aura des effets en cascade que nous ressentirons finalement à nos tables."

Le déclin pluriséculaire de la productivité du phytoplancton semble coïncider non seulement avec le réchauffement simultané à long terme des températures; il montre également des variations synchrones sur des échelles de temps décennales avec le modèle de circulation océanique à grande échelle connu sous le nom de circulation méridienne de retournement de l'Atlantique, ou AMOC. Ce modèle de circulation agit généralement pour mélanger les couches de l'océan profond avec la surface, permettant l'échange de nutriments indispensables dont se nourrit le phytoplancton.

Dans les années récentes, les scientifiques ont trouvé des preuves que l'AMOC s'affaiblit, un processus qui n'est pas encore bien compris mais qui peut être dû en partie au réchauffement des températures augmentant la fonte des glaces du Groenland. Cette fonte des glaces a ajouté un afflux d'eau douce moins dense dans l'Atlantique Nord, qui agit pour stratifier, ou séparer ses couches, un peu comme l'huile et l'eau, empêchant les nutriments des profondeurs de remonter à la surface. Cet affaiblissement de la circulation océanique induit par le réchauffement pourrait être à l'origine du déclin du phytoplancton. Comme l'atmosphère réchauffe la partie supérieure de l'océan en général, cela pourrait également favoriser la stratification de l'océan, aggraver la productivité du phytoplancton.

"C'est un coup de poing un-deux, " dit Osman. " Ce n'est pas une bonne nouvelle, mais le résultat est que nous ne pouvons plus prétendre à l'ignorance. Nous avons la preuve que cela se produit, et c'est la première étape que vous devez intrinsèquement faire pour résoudre le problème, mais nous le faisons."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.