Le changement climatique réchauffe rapidement la Terre et modifie les écosystèmes terrestres et marins qui produisent notre nourriture. Dans les océans, la plus grande partie de la chaleur ajoutée due au réchauffement climatique est encore proche de la surface et mettra des siècles à se répandre dans les eaux plus profondes. Mais comme cela se produit, cela modifiera les schémas de circulation océanique et rendra les chaînes alimentaires océaniques moins productives.

Dans une étude récente, J'ai travaillé avec des collègues de cinq universités et laboratoires pour examiner comment le réchauffement climatique jusqu'en 2300 pourrait affecter les écosystèmes marins et les pêches mondiales. Nous voulions savoir comment un réchauffement soutenu modifierait l'approvisionnement en nutriments clés qui soutiennent le petit plancton, qui à leur tour sont de la nourriture pour les poissons.

Nous avons découvert qu'un réchauffement à cette échelle modifierait les facteurs clés qui animent les écosystèmes marins, y compris les vents, températures de l'eau, couverture de glace de mer et circulation océanique. Les perturbations qui en résulteraient transféreraient les nutriments des eaux de surface vers les profondeurs de l'océan, en laissant moins à la surface pour soutenir la croissance du plancton.

Alors que les écosystèmes marins deviennent de plus en plus affamés de nutriments au fil du temps, nous estimons que les captures mondiales de poisson pourraient être réduites de 20 pour cent d'ici 2300, et de près de 60 pour cent dans l'Atlantique Nord. Ce serait une énorme réduction d'une source alimentaire clé pour des millions de personnes.

La production alimentaire océanique et la pompe biologique

La production de nourriture marine commence lorsque le soleil brille à la surface de l'océan. unicellulaire, pour la plupart des organismes microscopiques appelés phytoplancton – les plantes des océans – utilisent la lumière du soleil pour effectuer la photosynthèse et se développer dans un processus appelé production primaire nette. Ils ne peuvent le faire que dans la couche superficielle ensoleillée de l'océan, jusqu'à environ 100 mètres (330 pieds). Mais ils ont aussi besoin de nutriments pour grandir, en particulier l'azote et le phosphore, qui peut être rare dans les eaux de surface.

Le phytoplancton est consommé par le zooplancton (petits animaux), qui à leur tour fournissent de la nourriture pour les petits poissons, et ainsi de suite tout au long de la chaîne alimentaire jusqu'aux principaux prédateurs comme les dauphins et les requins. Phytoplancton et autres matières organiques non consommés, comme le zooplancton mort et les poissons, se décomposer dans les eaux de surface, libérant des nutriments qui soutiennent la croissance du nouveau phytoplancton.

Une partie de ce matériau s'enfonce dans l'océan plus profond, fournir de la nourriture aux écosystèmes des grands fonds. Carbone, azote, le phosphore et les autres nutriments contenus dans cette matière organique en train de couler sont finalement décomposés et libérés en profondeur.

Ce processus, qui est connu comme la pompe biologique, élimine continuellement les nutriments des eaux de surface et les transfère vers l'océan plus profond. Sous des conditions normales, les vents et les courants provoquent un mélange qui ramène finalement les nutriments aux eaux de surface éclairées par le soleil. Si cela ne s'est pas produit, le phytoplancton finirait par manquer complètement de nutriments, qui affecterait toute la chaîne alimentaire des océans.

Glace de mer, vents et remontées de nutriments

Les nutriments qui coulent dans l'océan profond retournent finalement à la surface principalement dans l'océan Austral autour de l'Antarctique. Au nord de l'Antarctique, de forts vents d'ouest éloignent les eaux de surface de l'Antarctique. Comme cela se produit, les eaux profondes des océans riches en nutriments remontent à la surface tout autour de l'Antarctique, remplacer les eaux qui sont repoussées. La zone où se produit cette remontée s'appelle la divergence antarctique.

Aujourd'hui, il n'y a pas beaucoup de croissance de phytoplancton dans l'océan Austral. Une épaisse couche de glace de mer empêche une grande partie de la lumière du soleil d'atteindre les océans. Les concentrations de fer (un autre nutriment clé) dans l'eau sont faibles, et les températures froides de l'eau limitent les taux de croissance du plancton. Par conséquent, la plupart de l'azote et du phosphore qui remontent dans cette zone s'écoulent vers le nord dans les eaux de surface. Finalement, lorsque ces nutriments atteignent les eaux plus chaudes des basses latitudes, ils soutiennent la croissance du plancton sur la majeure partie du Pacifique, Océans Indien et Atlantique.

Piégeage des nutriments dans les profondeurs de l'océan

Notre étude a démontré que le maintien, le réchauffement climatique de plusieurs siècles pourrait court-circuiter ce processus, laissant toutes les zones océaniques au nord de cette zone antarctique de plus en plus affamées d'azote et de phosphore.

Nous avons utilisé une simulation de modèle climatique qui supposait que les nations continuaient à utiliser des combustibles fossiles jusqu'à ce que les réserves mondiales soient épuisées. Cette trajectoire climatique augmenterait la température moyenne de l'air à la surface de 9,6 degrés Celsius (17,2 degrés Fahrenheit) d'ici 2300, soit près de 10 fois le réchauffement au-delà des niveaux préindustriels enregistrés jusqu'à présent. Les scientifiques savent déjà que les pôles se réchauffent plus vite que le reste de la planète, et dans ce scénario, ce modèle se poursuit. Finalement, les océans ne gèleraient plus près des pôles, même en hiver.

Des eaux océaniques plus chaudes sans glace de mer, aidés par des changements de vents qui sont également entraînés par un fort réchauffement climatique, améliorerait grandement les conditions de croissance autour de l'Antarctique pour le phytoplancton. Cette croissance accrue emprisonnerait les nutriments qui jaillissent près de l'Antarctique, les empêchant de s'écouler vers le nord et soutenant les écosystèmes des basses latitudes dans le monde entier.

Dans notre simulation, ces nutriments piégés finissent par se mélanger dans l'océan profond et s'y accumuler. Concentrations d'azote et de phosphore dans la partie supérieure 1, 000 mètres (3, 300 pieds) de l'océan diminuent régulièrement. Dans l'océan profond, en dessous de 2, 000 mètres, ils augmentent régulièrement.

Beaucoup moins de poissons

Alors que les écosystèmes marins deviennent de plus en plus affamés de nutriments, la croissance du phytoplancton et la production primaire nette dans la plupart des océans du monde diminueraient. Nous estimons qu'à mesure que ces impacts se répercutent sur la chaîne alimentaire, les captures mondiales de poisson pourraient être réduites de 20 pour cent d'ici 2300, avec des baisses de plus de 50 pour cent dans l'Atlantique Nord et dans plusieurs autres régions. De plus, à la fin de notre simulation, le transfert net de nutriments vers l'océan profond était toujours en cours, ce qui suggère que la productivité de l'écosystème et les captures potentielles de la pêche diminueraient encore au-delà de 2300.

Finalement, après plus de mille ans, la plupart du dioxyde de carbone que les activités humaines ont ajouté à l'atmosphère sera absorbé par les océans, et le climat de la Terre se refroidira. La glace de mer reviendra dans les océans polaires, supprimant la croissance du phytoplancton autour de l'Antarctique et permettant à plus de nutriments d'upwelling de s'écouler à nouveau vers le nord vers des latitudes plus basses. Mais même alors, il faudra des siècles de plus pour que la circulation océanique reconstitue complètement les nutriments dans la partie supérieure de l'océan.

Les ressources océaniques sont déjà sollicitées aujourd'hui. Environ 90 pour cent des pêcheries marines mondiales sont entièrement exploitées ou surexploitées. La population mondiale devrait passer de 7,3 milliards en 2015 à 11 milliards en 2100. Les impacts que nous avons trouvés dans notre étude auraient de graves implications pour la sécurité alimentaire mondiale. Développer l'aquaculture, ou encore des mesures plus drastiques telles que la fertilisation directe des océans pour stimuler la croissance du plancton, ne serait même pas près de compenser la perte de nutriments dans l'océan profond due au réchauffement climatique soutenu.

Notre simulation était basée sur un scénario de fort réchauffement climatique. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer à quel point le climat doit être chaud pour faire fondre la glace de mer et initier le piégeage des nutriments dans l'océan Austral. Mais il s'agit clairement d'un point de basculement que nous ne voulons pas franchir.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.