Une étude majeure sur un ancien événement de changement climatique qui a affecté un pourcentage important des océans de la Terre a mis en évidence un méchant moins connu du réchauffement climatique :l'épuisement de l'oxygène.

L'étude, vient de paraître dans le prestigieux Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ), a examiné une période passée de réchauffement climatique il y a environ 94 millions d'années, lorsque les océans se sont désoxygénés.

Cette fameuse période de l'histoire géologique de la Terre, connu sous le nom d'événement anoxique océanique (OAE), était plus sévère et sur des échelles de temps beaucoup plus longues que les changements actuels. Mais cela a donné aux scientifiques qui étudient cette période une étude de cas extrême pour aider à comprendre comment les océans sont affectés par les émissions atmosphériques élevées de CO2.

Chercheur associé Dr Matthew Clarkson et professeur Claudine Stirling, du Département de chimie de l'Université d'Otago (Nouvelle-Zélande), a appliqué un nouvel outil révolutionnaire pour examiner comment les océans ont réagi au changement climatique dans le passé.

Professeur Tim Lenton, de l'Université d'Exeter, développé un modèle pour interpréter les nouvelles données lors d'une visite à l'Université d'Otago. Le modèle a permis à l'équipe de quantifier la quantité de carbone injectée dans l'atmosphère pour déclencher chacune des deux phases de l'événement anoxique océanique.

"Ce que cela nous dit, c'est à quel point le système terrestre est vulnérable aux importantes émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère - qu'elles proviennent de processus volcaniques ou d'activités humaines, " a déclaré le professeur Lenton. " L'une des conséquences à long terme du réchauffement climatique est de désoxygéner l'océan - avec de graves conséquences pour la vie marine. "

Les scientifiques ont utilisé une nouvelle technique qui mesure les isotopes d'uranium naturels des sédiments anciens, qui pourrait être utilisé pour estimer la teneur en oxygène des océans, identifiant ainsi un ancien enregistrement géochimique de la quantité de l'océan désoxygénée il y a plusieurs millions d'années. Ils ont appliqué cette technique aux sédiments géologiques qui étaient autrefois déposés dans l'océan et sont aujourd'hui conservés sur terre sur les falaises blanches du sud de l'Angleterre, et aussi en Italie.

Ils ont découvert que le mécanisme moteur probable de cet anoxique, ou désoxygénation, l'événement était un ruissellement de nutriments, lui-même entraîné par des émissions de CO2 élevées et des températures plus chaudes; et que lorsque les émissions de CO2 ont diminué, avec les niveaux de nutriments, les océans mondiaux se sont rétablis pendant un certain temps.

Le professeur Stirling dit que la capacité de prédire ce qui pourrait arriver, grâce à la combinaison des isotopes de l'uranium et de la modélisation, est une percée importante.

"Cela nous aide à comprendre la pièce manquante du puzzle, qu'arrive-t-il aux niveaux d'oxygène dans nos océans lorsqu'ils sont affectés par un avertissement global. Les niveaux de CO2 dans l'atmosphère étaient beaucoup plus élevés qu'ils ne le sont maintenant, donc nous ne verrons pas ce niveau de changement pendant longtemps, mais nous verrons la même séquence d'événements", dit-elle.

Zones de désoxygénation des océans, appelées "zones mortes", peut être trouvé actuellement dans un certain nombre d'océans à travers le monde, comme dans les parties orientales du Pacifique tropical, Océans Atlantique et Indien. Les "zones mortes" se produisent parce qu'il est plus difficile de dissoudre l'oxygène dans l'eau lorsque les océans sont chauds, et aussi plus d'oxygène est utilisé lors de la décomposition du matériel biologique. Dans ces zones, il y a de grandes quantités de nutriments, conduisant à de grandes quantités de matière organique, et donc plus d'oxygène est utilisé. Certains de ces nutriments proviennent du ruissellement des rivières, et certains de la remontée des eaux profondes de l'océan.

Le Dr Clarkson explique l'importance de l'étude :

"À partir d'études comme celle-ci, les scientifiques peuvent décrire le lien entre l'augmentation des températures mondiales et l'augmentation des taux d'altération mondiaux, qui entraînent un apport élevé de nutriments dans l'océan.

"Cela conduit à une productivité primaire élevée dans les océans et finalement à la perte d'oxygène à mesure que la matière organique se dégrade par la respiration aérobie. Ce processus est similaire à l'eutrophisation, ce qui se produit dans de nombreux lacs et rivières en raison de l'apport d'engrais, mais dans ce cas, cela s'est produit à l'échelle océanique mondiale, " dit le Dr Clarkson.

"Par comparaison avec d'autres données géochimiques, et simuler l'événement avec un nouveau modèle biogéochimique, nous présentons des preuves solides de l'hypothèse de l'apport de nutriments en tant que mécanisme moteur de l'anoxie (désoxygénation)."

L'événement a probablement été causé par l'augmentation des émissions de CO2 dues à l'activité volcanique, sur des centaines de milliers d'années. La faune marine a beaucoup souffert lors de cet événement, bien qu'il ne soit pas considéré comme l'une des extinctions de masse majeures de l'histoire de la Terre.

"Une autre signification de cette étude est que nous sommes en mesure de mettre une nouvelle estimation sur la surface du fond marin qui est devenue anoxique, à environ 8-15 pour cent, contre seulement 0,3 pour cent dans l'océan moderne.

" Surtout, un certain nombre d'études totalement indépendantes, avec des méthodes très différentes, trouvent des résultats cohérents pour l'événement anoxique océanique. Cela donne aux scientifiques une plus grande confiance lorsqu'ils essaient de comprendre l'héritage de l'activité humaine moderne. »

Cet événement anoxique océanique particulier aurait également duré environ 1 million d'années, mais les nouvelles données montrent également pour la première fois que les océans mondiaux se sont brièvement rétablis au milieu de l'événement, avant de retomber dans une anoxie généralisée.

"Cette reprise est le résultat de la baisse des émissions de CO2 provenant de sources volcaniques, et l'élimination du carbone de l'atmosphère par l'altération et l'enfouissement de la matière organique. Ces deux processus sont connus pour aider à réguler le climat mondial, agissant comme des mécanismes de rétroaction négative similaires à un thermostat, mais cela prend beaucoup de temps."