L'ajout de nutriments à l'océan entraîne une augmentation de la production de matière organique telle que le phytoplancton. Quand ceux-ci meurent, ils tombent au fond sous forme de "neige marine" et se décomposent, consommer de l'oxygène dans le processus. On pense que cela est principalement responsable de la perte d'oxygène à grande échelle dans les anciens océans, entraînant des extinctions massives dans le milieu marin. L'océan moderne présente des symptômes similaires. Crédit :Nathalie Renier, Institution océanographique de Woods Hole
Une perte d'oxygène dans l'eau de mer océanique mondiale il y a 94 millions d'années a conduit à une extinction massive de la vie marine qui a duré environ un demi-million d'années.
Les scientifiques ont trouvé plusieurs explications potentielles sur la façon dont la perte d'oxygène s'est produite. Ceux-ci pourraient inclure une activité volcanique accrue, augmentation des nutriments atteignant l'océan, élévation du niveau de la mer, et le réchauffement des températures de la mer et de la surface. Mais pointer du doigt une cause (ou plusieurs d'entre elles) nécessite de savoir à quelle vitesse la perte d'oxygène s'est produite.
Une nouvelle technique, développé par Chad Ostrander, étudiant diplômé de l'Arizona State University, avec des collègues de la Wood Hole Oceanographic Institution (WHOI) et de la Florida State University (FSU), a établi un calendrier sur la perte d'oxygène associée à cet événement majeur d'extinction des océans, qui est connu de la science sous le nom d'événement anoxique océanique 2.
Leur recherche a été publiée le 9 août 2017, dans la revue Avancées scientifiques .
« Le projet a commencé lorsque j'étais boursier de l'école d'été de premier cycle à Woods Hole, " dit Ostrander, doctorant à l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU. Ses coauteurs sur le papier sont Jeremy Owens à Florida State et Sune Nielsen à Woods Hole.
« Nous avons pu suivre les modifications de la teneur en oxygène de l'eau de mer ancienne en mesurant les isotopes du thallium dans les sédiments des fonds marins anciens, " explique Ostrander. " Puisque l'oxygène dans les roches que nous mesurons ne donnerait pas vraiment d'informations précieuses, nous utilisons du thallium et d'autres éléments comme substituts, ou des mandataires."
Les sédiments préservent la composition isotopique du thallium de l'eau de mer, qui change en fonction de la quantité d'oxygène dans l'océan profond au moment où ils se sont déposés. Les sédiments s'accumulent avec le temps, avec des niveaux plus profonds correspondant à des temps plus loin dans le passé.
Les coauteurs Sune Nielsen (à gauche) de la Woods Hole Oceanographic Institution et Chad Ostrander de l'Arizona State University travaillent dans le laboratoire. Crédit :Matt Barton, QUI
Les sédiments que l'équipe a étudiés étaient des schistes noirs riches en matières organiques prélevés en tant qu'échantillons de carottes par forage océanique profond en 2003. Le site était le Demerara Rise, un plateau sous-marin dans l'océan Atlantique au large des côtes du Surinam et de la Guyane française.
"Nous avons dissous les roches dans notre laboratoire, " explique Ostrander, " puis séparé chimiquement tout sauf le thallium, l'élément dont nous avions besoin pour l'analyse."
Puis en utilisant la spectrométrie de masse, l'équipe a mesuré les variations du thallium dans les roches sédimentaires comme indicateur des changements des niveaux d'oxygène sur des dizaines de milliers d'années.
Sur la base de l'analyse, les chercheurs soupçonnent que jusqu'à la moitié de l'océan profond s'est appauvri en oxygène lors de l'événement anoxique océanique 2, et le resta pendant environ un demi-million d'années avant de se rétablir.
"La perte d'oxygène a pris 43, 000 ans à se produire, plus ou moins environ 11, 000, " dit Ostrander. " Appelez ça 50, 000 ans ou moins."
La principale cause de l'événement anoxique océanique 2 pourrait avoir été l'augmentation de l'apport de nutriments aux océans, disent les chercheurs. Une augmentation des nutriments alimente la production de matière organique, et la reminéralisation ultérieure par les bactéries qui s'en nourrissent.
"C'est cette reminéralisation qui est spécifiquement responsable de la perte d'oxygène, car ces bactéries consomment de l'oxygène pour oxyder les matières organiques, ou carboné, question, " dit Ostrander. " Nous voyons un scénario similaire dans l'océan moderne, encore une fois en raison de l'augmentation de l'apport de nutriments, mais en grande partie grâce aux engrais utilisés dans l'agriculture.
L'événement anoxique océanique 2 est facilement observé dans la section Furlo sous la forme d'un schiste noir riche en matières organiques entre des carbonates blancs. Crédit :Jeremy Owens
En réalité, il dit, "la plus grande" zone morte "observée dans le golfe du Mexique se produit en ce moment pour cette même raison."
Les chercheurs établissent un parallèle distinct entre le taux de désoxygénation à l'époque et les tendances modernes de la perte d'oxygène océanique.
Selon le co-auteur Nielsen, "Nos résultats montrent que les taux de désoxygénation marine avant l'événement antique se produisaient probablement sur des dizaines de milliers d'années, et sont étonnamment similaires à la tendance à l'épuisement de l'oxygène de deux pour cent que nous voyons induite par l'activité humaine au cours des 50 dernières années. »
Il ajoute, "Nous ne savons pas si l'océan se dirige vers un autre événement anoxique mondial, mais la tendance est, bien sûr, inquiétant."
Ostrander dit, "À ce point, nous commençons tout juste à comprendre comment les niveaux d'oxygène dans l'océan ont changé dans le passé. Mais avec notre nouvel outil, nous avons déjà appris que l'un des événements climatiques les plus extrêmes dans les archives sédimentaires fournit un analogue inconfortablement raisonnable pour une possible perte future d'oxygène dans les océans et les changements écologiques ultérieurs. »
Il ajoute, "Nous espérons utiliser ces informations pour mieux comprendre le court-, avenir à moyen et long terme pour la teneur en oxygène des océans d'aujourd'hui."
