L'acidité croissante des océans menace les récifs coralliens en rendant plus difficile pour les coraux de construire leur squelette. Une nouvelle étude identifie les détails de la façon dont l'acidification des océans affecte les squelettes coralliens, permettant aux scientifiques de prédire plus précisément où les coraux seront les plus vulnérables.

Les coraux poussent leurs squelettes vers le haut vers la lumière du soleil et les épaississent également pour les renforcer.

La nouvelle recherche, dirigé par des scientifiques de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), montre que l'acidification des océans entrave particulièrement le processus d'épaississement, diminuant la densité des squelettes et les rendant plus vulnérables à la rupture. L'étude a été publiée aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Notre recherche intègre les nuances de la croissance squelettique des coraux, permettant des projections plus précises de comment, où, et de combien, l'acidification des océans affectera les coraux tropicaux constructeurs de récifs, " dit Nathaniel Mollica, qui est l'auteur principal de l'étude et un étudiant diplômé du programme conjoint MIT-WHOI en océanographie. L'équipe de recherche comprenait également Weifu Guo, Anne Cohen, et Andrew Solow (OMSI), Kuo-Fang Huang (Academia Sinica à Taïwan), et Hannah Donald et Gavin Foster (Université de Southampton en Angleterre).

L'équipe de recherche a développé un modèle numérique simulant ce mécanisme de croissance squelettique détaillé et l'a couplé aux changements projetés du pH de l'océan (une mesure de son acidité) induits par le changement climatique mondial. Les résultats ont montré que des baisses de la densité squelettique des coraux se produiront sur de nombreux récifs coralliens. L'impact sera particulièrement fort dans la région Indo-Pacifique, avec jusqu'à 20 pour cent de réduction des densités de squelettes de corail d'ici 2100 dans certaines parties du Triangle de Corail, la zone délimitée par les eaux de l'Indonésie, Malaisie, Les Philippines, Papouasie Nouvelle Guinée, Timor oriental, et les îles Salomon. Coraux dans les Caraïbes, Hawaï et le nord de la mer Rouge pourraient s'en tirer mieux, les auteurs disent, avec des baisses de moins de 10 pour cent causées par la seule acidification des océans.

"Cette étude très importante a déterminé la manière spécifique dont une espèce de corail est affectée par l'acidification des océans et a modélisé l'effet des conditions environnementales futures, " a déclaré David Garrison, directeur du programme d'océanographie biologique de la National Science Foundation, qui a financé une grande partie de la recherche, en collaboration avec la Fondation Robertson et la Woods Hole Oceanographic Institution.

Les squelettes de corail sont faits d'aragonite, une forme de carbonate de calcium. Les coraux poussent leurs squelettes vers le haut en empilant des faisceaux de cristaux d'aragonite, l'un sur l'autre. À la fois, ils épaississent ces paquets avec des cristaux supplémentaires, qui renforce les squelettes et les aide à résister aux cassures provoquées par les courants, vagues, tempêtes, et ennuyeux et mordant par les vers, mollusques, et poisson perroquet.

« Les récifs coralliens font partie des écosystèmes les plus diversifiés de la planète, avec un énorme culturel, écologique, et valeur économique, " a déclaré Anne Cohen, scientifique à l'OMSI et co-auteur de l'étude. Les récifs sont confrontés à de multiples contraintes, y compris l'élévation du niveau de la mer, changer les régimes nutritionnels, et des températures océaniques plus chaudes, elle a dit, mais contrairement au réchauffement des océans, qui provoque un blanchissement visible, l'impact de l'acidification des océans est plus insidieux et difficile à détecter, et donc plus difficile à prévoir.

L'acidification des océans est causée par l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, principalement de la combustion de combustibles fossiles. Le dioxyde de carbone (CO2) est absorbé par l'eau de mer, enclenchant des réactions chimiques produisant des ions bicarbonate (HCO3-) et carbonate (CO32-). Les polypes de corail - les minuscules animaux coralliens vivants à corps mou - apportent de l'eau de mer contenant du HCO3-, CO32- et calcium (Ca2+) dans un "espace calcifiant" entre ses cellules et la surface du squelette existant. Ils pompent des ions hydrogène (H+) hors de cet espace pour produire plus d'ions carbonate (CO32-), facilitant la fabrication de carbonate de calcium (CaCO3) pour leur squelette. Mais quand les océans absorbent l'excès de CO2, comme c'est le cas actuellement, il y a plus d'ions HCO3- mais moins d'ions CO32- dans l'eau de mer, ce qui rend plus difficile pour les coraux d'accumuler des squelettes.

Expériences en laboratoire et études sur le terrain, cependant, ont été ambigus, montrant des impacts négatifs clairs de l'acidification des océans sur la croissance du squelette dans certains cas, mais pas dans les autres. La nouvelle recherche suggère que cette incohérence reflète en partie la nouvelle complexité de la croissance squelettique des coraux.

Pour tester cette théorie, les scientifiques ont prélevé des carottes de squelettes d'un type commun de coraux constructeurs de récifs appelés Porites à quatre endroits :Palau, Atoll de Dongsha en mer de Chine méridionale, L'île verte au large de Taïwan, et Saboga au Panama, où les conditions d'eau de mer couvraient une large gamme de niveaux de pH et de concentrations d'ions carbonate. Ils ont utilisé un scanner de tomographie informatisée (CT) 3D pour imager les carottes squelettiques, qui révèlent des bandes de croissance annuelles, un peu comme des anneaux sur un arbre. A partir des scans, ils ont pu discerner et quantifier séparément les composantes ascendantes et épaississantes de la croissance des coraux. Leur analyse a révélé une corrélation cohérente :les squelettes de coraux dans des eaux plus acides (pH inférieur et moins d'ions carbonate) étaient significativement plus minces. Cependant, ils n'ont trouvé aucune relation entre la croissance ascendante et la concentration en ions carbonate.

Pour mieux comprendre ces processus, les chercheurs ont examiné le processus de croissance des coraux et ont montré qu'à mesure que le pH et les ions carbonates diminuent dans l'eau de mer ambiante, il en va de même des concentrations d'ions carbonate dans l'espace calcifiant des coraux. Par conséquent, les coraux ne peuvent pas produire autant d'aragonite pour épaissir le squelette. Les coraux continuent d'investir dans une croissance ascendante, mais la "densification" ou l'épaississement en souffre. Par conséquent, les coraux dans les eaux à faible pH construisent des squelettes plus minces qui sont plus susceptibles d'être endommagés par le martèlement des vagues ou les attaques d'organismes érodés.

L'équipe de recherche a en outre analysé les données publiées sur plus de 100 carottes squelettiques de coraux Porites prélevées par d'autres scientifiques dans de nombreux endroits où la chimie de l'eau de mer ambiante est également connue. Les analyses ont validé le mécanisme proposé par l'équipe sur la façon dont la chimie de l'eau de mer affecte la densité des squelettes coralliens.

Les chercheurs notent que l'acidification des océans ne se produit pas de manière isolée et que d'autres changements tels que le réchauffement des océans affecteront également la croissance des coraux.

"Notre prochaine étape consiste à étendre notre modèle pour incorporer les effets de plusieurs facteurs de stress sur la croissance squelettique des coraux, " dit Weifu Guo, géochimiste à WHOI et chercheur principal de l'étude. "Connaître les détails de la façon dont les différentes facettes du changement océanique affecteront les coraux nous permettra de projeter quantitativement la trajectoire des coraux constructeurs de récifs sous le changement climatique du 21e siècle."