Les chercheurs de l'ETH ont découvert par hasard que les tourbillons du Gulf Stream sont riches en fer, et ces tourbillons transportent ce micronutriment essentiel vers le gyre nord-atlantique pauvre en fer. Avant cette découverte, l'hypothèse typique était que cette partie de l'océan recevait du fer principalement de la poussière saharienne.

Les créatures marines minuscules comme les cyanobactéries ont besoin de grandes quantités d'oligo-éléments tels que le zinc et le fer. Dans les océans du monde, cependant, ce dernier est souvent en nombre insuffisant. C'est le cas de grandes étendues de l'Atlantique Nord, en particulier le grand tourbillon de l'Atlantique Nord entre l'Amérique du Nord, les îles Canaries, les Caraïbes et le Gulf Stream.

Jusqu'à maintenant, les chercheurs ont généralement supposé que la poussière du Sahara était la seule source importante de fer dans le tourbillon de l'Atlantique Nord. Les géochimistes de l'ETH Tim Conway et Gregory de Souza ont découvert une autre source :le froid, l'eau de mer riche en fer du talus continental nord-américain, qui est capturé par les méandres du Gulf Stream et transporté jusqu'au gyre nord-atlantique. Leur étude a récemment été publiée dans la revue Géosciences de la nature .

Des tourbillons à la surface

Ces "poches d'eau" sont visibles à la surface de l'océan sous forme de tourbillons circulaires, dont les plus grands ont un diamètre de 200 kilomètres. En dessous se trouvent des colonnes cylindriques qui descendent jusqu'à 1, 000 mètres, tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur leurs propres axes. Ils durent environ deux ans, pendant ce temps, leur rotation ralentit car ils se mélangent à l'eau du gyre nord-atlantique et l'enrichissent en fer. Une partie des colonnes d'eau revient pour être réabsorbée par le Gulf Stream.

« La quantité de fer de cette source est probablement du même ordre de grandeur que celle délivrée par les poussières sahariennes, puisque les tourbillons du Gulf Stream se forment constamment, alors que les tempêtes de poussière ne sont généralement que de brefs événements, " dit de Souza, Assistant principal à l'Institut de géochimie et de pétrologie de l'ETH Zurich.

Pure curiosité :"Trébucher" sur une eau riche en fer

de Souza et l'ancien postdoctorant Conway (maintenant professeur à l'Université de Floride du Sud) ont découvert par hasard les tourbillons porteurs de fer du Gulf Stream. Par pure curiosité, les deux chercheurs ont examiné certaines données récemment publiées qui avaient été recueillies lors d'une croisière de recherche de la côte nord-américaine aux Bermudes. Ces données comprenaient les concentrations de fer et de zinc dissous dans l'eau de mer de la surface au fond de l'océan.

À un endroit près du Gulf Stream, les chercheurs de l'ETH ont remarqué des concentrations élevées de fer près de la surface du gyre nord-atlantique, autrement pauvre en fer, atteignant des valeurs similaires à celles des eaux côtières. Ils se sont rendu compte que le navire de recherche avait, tout à fait par hasard, échantillonné un tourbillon du Gulf Stream transportant du fer dans les eaux pauvres en nutriments de l'Atlantique Nord.

Estimations quantitatives difficiles

Pour évaluer et calculer plus précisément la quantité de fer ainsi délivrée, les chercheurs de l'ETH ont contacté leur collègue Jaime Palter, Professeur à l'Université de Rhode Island et spécialiste de la circulation océanique. Gregory de Souza explique :« Les satellites qui observent la hauteur de la surface de la mer permettent de reconnaître les tourbillons depuis l'espace. Comme l'eau y est plus dense que l'océan environnant, les tourbillons forment des dépressions de surface qui se trouvent jusqu'à un mètre sous le reste de la surface de l'océan."

D'après son analyse des données satellitaires, Palter a déterminé qu'en moyenne, sept à huit tourbillons se séparent du Gulf Stream chaque année. Basé sur ceci, les trois chercheurs ont pu estimer la quantité de fer qu'ils transportent, qu'ils représentent probablement environ 15 pour cent du fer fourni par la poussière saharienne.

Cependant, il est difficile de comparer les deux sources, les données étant insuffisantes et quelque peu contradictoires, comme le dit de Souza :« Surtout, il n'est pas clair combien de fer de la poussière saharienne se dissout réellement dans l'eau de mer. La proportion de fer livré au gyre de l'Atlantique Nord par les tourbillons du Gulf Stream pourrait tout aussi bien être de 3 à 75 pour cent de celui de la poussière. Cette large fourchette ne permet pas de situer plus précisément la contribution relative du fer des tourbillons du Gulf Stream par rapport à celle des poussières sahariennes. "Nous avons besoin de données avec une résolution spatiale plus élevée si nous voulons calculer la quantité de fer des tourbillons avec plus de précision, " dit de Souza, "et nous avons également besoin d'une meilleure compréhension des paramètres qui déterminent la solubilité du fer dans la poussière livrée à la surface de l'océan."

Les métaux traces stimulent l'activité biologique

Le fer, le zinc et d'autres métaux traces sont essentiels à la survie du plancton et d'autres habitants microscopiques de l'océan ouvert, comme les diatomées, algues ou bactéries. Les cyanobactéries en particulier, qui sont particulièrement abondants dans le gyre nord-atlantique, jouent un rôle clé dans le cycle mondial du carbone et de l'azote. Ils peuvent faire la photosynthèse et fixer l'azote atmosphérique, ce qui signifie qu'ils stimulent la productivité dans l'océan. Cependant, pour fixer efficacement l'azote, ils nécessitent de grandes quantités de fer.

Lorsque les modèles de circulation océanique changent, les distributions des oligo-éléments et des nutriments changent également. "C'est pourquoi il est important pour nous de savoir où le fer, le zinc et d'autres métaux proviennent, » dit de Souza. Il reconnaît que le changement climatique pourrait avoir un impact sur les trajectoires des grands courants océaniques :« À l'heure actuelle, nous n'en savons pas assez pour pouvoir prédire quel effet cela pourrait avoir sur les métaux traces, et donc sur la productivité des océans."