Une équipe de recherche, dirigé par le professeur Wei-Jun Cai de l'Université du Delaware, a identifié une zone d'eau dont l'acidité augmente dans la baie de Chesapeake.

L'équipe a analysé des facteurs peu étudiés qui jouent un rôle dans l'acidification des océans (OA) - des changements dans la chimie de l'eau qui menacent la capacité des coquillages tels que les huîtres, palourdes et pétoncles pour créer et entretenir leurs coquilles, entre autres impacts.

Le U.S. Geological Survey définit le pH comme "une mesure de l'acidité ou de la base de l'eau". L'échelle de pH va de 0 à 14, avec 7 considérés comme neutres. Un pH inférieur à 7 est acide, tandis qu'un pH supérieur à 7 est alcalin (basique). L'acide de la batterie, par exemple, peut avoir un pH de 1, tandis que le lait de magnésie pourrait avoir un pH de 10.

Les changements de pH peuvent renseigner les scientifiques sur l'évolution de la chimie de l'eau.

Dans leurs recherches, Cai et ses collègues ont découvert une "zone de pH minimum" qui se produit à une profondeur d'environ 10 à 15 mètres (~ 30 à 50 pieds) dans la baie de Chesapeake. Le pH dans cette zone est d'environ 7,4, près de 10 fois plus élevé en acidité (ou une unité plus faible en pH) que ce que l'on trouve dans les eaux de surface, qui ont un pH moyen de 8,2.

Cette zone est suspectée d'être due à une combinaison de facteurs, le plus important, des acides produits lorsque l'eau du fond riche en sulfure d'hydrogène toxique se mélange vers le haut. L'équipe a rapporté les résultats dans un article en Communication Nature le 28 août, 2017.

"Cette étude montre pour la première fois que l'oxydation du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac des eaux de fond pourrait être un contributeur majeur à la baisse du pH dans les océans côtiers et peut conduire à une acidification plus rapide des eaux côtières par rapport à l'océan ouvert, " dit Caï, l'auteur principal de l'article et un expert en chimie marine et en mouvement du carbone dans les eaux côtières.

Études précédentes, y compris le travail de Cai, ont montré que l'acidification peut être particulièrement grave dans les eaux côtières riches en nutriments qui contiennent souvent des zones avec trop peu d'oxygène et des niveaux élevés de dioxyde de carbone près du fond. Cependant, les scientifiques ne savent pas exactement combien d'arthrose se produit dans une grande baie comme la baie de Chesapeake, bien qu'il soit bien documenté que les nutriments agricoles entrant dans l'eau ont eu un impact progressif sur l'anoxie des eaux du fond de la baie, ou appauvri en oxygène, pendant les mois d'été au cours des 50 dernières années.

Le modèle quantitatif fournit de nouveaux indices

La baie de Chesapeake est le plus grand estuaire des États-Unis. En plus de fournir un environnement marin florissant pour le tourisme et les loisirs de plein air le long de la côte Est, la baie joue un rôle important dans l'économie du pays grâce à la récolte de fruits de mer, y compris les crustacés, comme le crabe bleu et les huîtres, et les poissons comme le bar rayé.

Au cours de croisières de recherche à bord du navire de recherche de 146 pieds Hugh R. Sharp de l'UD en août 2013 et 2014, Les chercheurs de l'UD Cai et George Luther et leurs collègues ont collecté des échantillons d'eau à plusieurs reprises dans un bassin profond de la principale baie de Chesapeake. Les chercheurs ont mesuré l'oxygène, sulfure d'hydrogène, pH, carbone inorganique dissous et alcalinité totale.

Comme Cai a analysé les données de ces croisières et d'une autre en avril 2015, il a remarqué que le pH de la baie semblait atteindre un minimum à des profondeurs comprises entre 10 et 15 mètres. Pour expliquer cela, Cai a construit un modèle biogéochimique pour simuler la façon dont l'oxygène est consommé et le carbone inorganique et les acides sont produits pour correspondre aux observations mesurées dans la baie de Chesapeake. En utilisant des mesures directes de sulfure d'hydrogène recueillies dans les eaux de fond par Luther, Cai a calculé la quantité d'acide qu'il faudrait produire pour expliquer cette zone minimale.

Cai a expliqué que dans l'océan côtier, en général, il y a un effet synergique sur l'arthrose lorsque l'excès de nutriments introduits dans l'écosystème à partir de la terre provoque la prolifération des plantes, un processus connu sous le nom d'eutrophisation qui perturbe la chimie naturelle de l'eau et provoque la mort des espèces marines. Lorsque cette matière organique coule dans les sédiments du fond, elle est consommée par des bactéries qui respirent, créant un excès de dioxyde de carbone qui se mélange vers le haut dans la colonne d'eau.

"L'eau a déjà un pH plus bas et quand vous ajoutez juste un peu plus de dioxyde de carbone et d'autres acides, cela crée un point de basculement qui conduit à une diminution du pH », a déclaré Cai.

Il a comparé les résultats de son modèle de la baie de Chesapeake aux données du golfe du Mexique, qui est considéré comme un système bien tamponné capable de contrer les changements de l'arthrose et de se maintenir en équilibre. Mais dans les grands estuaires eutrophes comme la baie de Chesapeake, les facteurs de stress environnementaux et climatiques combinés rendent la baie plus vulnérable, et l'excès de nutriments et l'augmentation de l'acidité peuvent avoir un impact plus important.

"Compte tenu de l'étendue des zones à faible teneur en oxygène dans les eaux côtières du monde entier, la compréhension de ces processus nous permettra de prédire l'acidification des estuaires dans le cadre des augmentations attendues du dioxyde de carbone et de l'atténuation continue des apports en éléments nutritifs par des actions de gestion, " a déclaré Jérémy Testa, professeur adjoint au Centre des sciences de l'environnement de l'Université du Maryland. "Ces résultats nous permettront d'identifier où et quand les organismes formant des coquilles comme les huîtres prospéreront ou souffriront à l'avenir."

Les recherches de l'équipe montrent qu'actuellement, la dissolution de coquillages vivants et de minéraux non vivants d'aragonite et de calcite a fourni un mécanisme d'autorégulation pour tamponner ou empêcher les eaux du fond de la baie de Chesapeake de devenir acides.

Mais qu'est-ce que cela signifiera pour les espèces économiquement importantes comme les huîtres et les palourdes si l'écosystème global est encore plus déséquilibré ?

C'est une question que l'équipe de recherche aimerait approfondir.

"Il y a une limite à la capacité de Mère Nature d'autoréguler ces systèmes, " dit Cai.