La professeure adjointe du VIMS Elizabeth Shadwick (tenant une corde jaune) aide à déployer son amarrage dans les eaux glaciales de l'océan Austral depuis le RV Laurence M Gould. Crédit :VIMS.
Les océans de la Terre ont absorbé environ un tiers du dioxyde de carbone ajouté à l'atmosphère par les humains grâce à l'utilisation de combustibles fossiles et d'autres activités. C'est une bonne nouvelle pour ceux qui s'intéressent au réchauffement de l'effet de serre, mais mauvaise nouvelle pour la vie marine qui est sensible à l'acidité croissante que le CO2 supplémentaire apporte aux eaux océaniques.
Dr Elizabeth Shadwick, professeur adjoint au William &Mary's Virginia Institute of Marine Science, a maintenant déployé un amarrage de haute technologie sous les eaux saisonnières couvertes de glace autour de l'Antarctique pour mieux comprendre l'acidification des océans dans les régions polaires, en particulier pendant les mois d'hiver peu étudiés. Le financement de son travail provient du Bureau des programmes polaires de la National Science Foundation.
À ce jour, la connaissance des niveaux de CO2 dans l'océan Austral autour de l'Antarctique repose presque exclusivement sur les données recueillies par les navires de recherche et les navires de ravitaillement pendant la brève période estivale d'eau libre de glace. Le mouillage de Shadwick prolongera ce record toute l'année, tout au long du long hiver polaire.
L'amarrage, une ligne ancrée au fond marin dans environ 1, 600 pieds d'eau et maintenus verticalement par des flotteurs de la taille d'un ballon de plage, se termine à environ 60 pieds sous la surface de la mer, bien sous l'affouillement de la banquise hivernale. Il comprend des capteurs de pointe qui peuvent mesurer les concentrations de dioxyde de carbone dissous toutes les trois heures tout au long des six mois de déploiement du mouillage. D'autres capteurs mesureront le pH, Température, salinité, et l'oxygène dissous. Toutes les données sont stockées dans des cartes mémoire étanches jusqu'à ce que l'amarrage soit récupéré.
"Les capteurs autonomes nous permettront de surveiller le cycle annuel complet du dioxyde de carbone dans les eaux côtières de l'Antarctique, pour la première fois, " dit Shadwick. Elle et Olivia De Meo, technicienne marine du VIMS, prévoient de récupérer le mouillage qui vient d'être déployé début mai, à la fin de l'automne en Antarctique, lorsqu'ils déploieront également un deuxième mouillage identique qui sera récupéré en décembre suivant.
Le déploiement et la récupération ont lieu à partir du navire de recherche américain Laurence M. Gould. La récupération consiste à utiliser les coordonnées GPS stockées pour déplacer l'amarrage - qui n'est pas visible à la surface - puis à le libérer de son attache au fond marin en cinglant un mécanisme de libération avec un signal acoustique. Le mouillage peut alors flotter à la surface, où les membres d'équipage l'accrochent avec un grappin et le hissent à bord.
La professeure adjointe Elizabeth Shadwick (à droite) du Virginia Institute of Marine Science avec la technicienne marine Olivia De Meo à bord du RV Laurence M Gould en route pour le déploiement de leur amarrage dans l'océan Austral. Crédit :VIMS.
Acidification dans l'océan Austral
Étant donné que l'océan Austral joue un rôle si important dans le cycle mondial du carbone - stockant près de la moitié des émissions d'origine humaine qui ont été absorbées par l'eau de mer - les données des amarres de Shadwick devraient conduire à une meilleure compréhension du changement climatique mondial et à une meilleure capacité à prédire ses impacts mondiaux.
"D'après des observations dans des endroits comme Hawaï et les Bermudes, nous savons que l'océan de surface suit l'augmentation du CO2 atmosphérique, " dit Shadwick. " Ce qui est moins bien compris, c'est si les mers polaires suivent également cette augmentation, car ils sont hors de contact avec l'atmosphère pendant plusieurs mois chaque année lorsque la glace est présente."
La modélisation basée sur les mesures à bord des récents étés antarctiques suggère que l'augmentation des concentrations de CO2 entraînera de gros problèmes pour la vie marine locale à partir de 2070 environ, lorsque la diminution du pH qui en résultera peut avoir un impact sur les animaux qui forment des coquilles ou des squelettes à partir de minéraux de carbonate de calcium. Shadwick et d'autres scientifiques sont particulièrement préoccupés par les impacts sur les organismes microscopiques au bas de la chaîne alimentaire polaire, et comment ces impacts pourraient se répercuter sur les poissons, pingouins, scellés, et les baleines.
Comprendre les conditions hivernales, dit Shadwick, est important car contrairement à l'été, lorsque la photosynthèse des algues marines élimine le CO2 de l'eau et améliore le pH, en hiver, le CO2 est libéré par la respiration ou la décomposition des proliférations d'algues, conduisant à des conditions avec un pH naturellement bas.
« En utilisant des observations clairsemées des conditions hivernales, " dit Shadwick, "nos modèles prédisent que l'océan Austral deviendra sous-saturé en carbonates d'ici 2030, soit environ 30 ans plus tôt que les projections basées sur des conditions représentant une moyenne annuelle, et jusqu'à 70 ans plus tôt que celles basées sur les seules observations estivales. » La sous-saturation en carbonate signifie que les minéraux de carbonate de calcium sont plus coûteux en énergie pour les animaux à fabriquer; les coquilles de carbonate peuvent même commencer à se dissoudre dans l'eau de mer à faible pH.
Shadwick met en garde, cependant, que ces projections pourraient changer en fonction d'un certain nombre de mécanismes de rétroaction qui restent mal compris. Ceux-ci incluent le réchauffement continu; rafraîchissement dû à la fonte accrue de la banquise et des glaciers terrestres; productivité biologique améliorée en raison d'une saison d'eau libre plus longue, augmentation de l'apport de nutriments, ou les deux; et les intrusions d'eau riche en carbone sur le plateau continental à partir des eaux plus profondes à proximité.
Pour mieux comprendre ces retours potentiels, Shadwick et ses collaborateurs analyseront les données d'amarrage à la lumière de toute une série d'autres mesures biologiques et physiques des eaux environnantes. Le mouillage se trouve dans la zone d'étude du programme Palmer de recherche écologique à long terme en Antarctique, qui, comme son nom l'indique, a été créé pour surveiller les changements d'une année à l'autre et d'une décennie à l'autre dans les écosystèmes de la péninsule antarctique occidentale près de la station de recherche américaine Palmer. Les scientifiques de PAL-LTER collectent des données dans la région depuis 1991. Le projet de Shadwick a également été approuvé par le Southern Ocean Observing System (SOOS).
