L'océan mondial couvre 70 pour cent de notre planète, rend la Terre habitable, et contribue aux économies, ravitaillement, et notre santé. Pourtant, l'océan est de plus en plus menacé par la quantité croissante de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Deux scientifiques de l'Observatoire de la Terre Lamont-Doherty affiliés au Center for Climate and Life dirigent des projets de recherche qui examinent quelques-unes des manières dont le changement climatique affecte la santé de l'océan. Les deux chercheurs utilisent les restes fossiles de créatures marines comme enregistreurs naturels des changements climatiques et des écosystèmes marins passés. Les informations qu'ils en tirent fournissent des indices sur la façon dont le futur océan et ses habitants pourraient être façonnés par le changement climatique.

Leurs études sont financées en partie par le partenariat du Centre avec la World Surf League PURE, qui permet aux scientifiques de Lamont-Doherty de poursuivre des recherches critiques qui font progresser la compréhension des impacts climatiques sur l'océan.

Acidification des océans :l'autre problème du dioxyde de carbone

Bärbel Hönisch, un géochimiste marin, étudie comment la chimie de l'eau de mer a changé au fil du temps. Aujourd'hui, l'océan devient plus acide en raison de la concentration croissante de dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre, dont environ 30 pour cent sont absorbés par l'océan. Bien que ce processus contribue à minimiser le réchauffement climatique, la dissolution du dioxyde de carbone dans l'océan conduit à la formation d'acide carbonique. Comme le nom l'indique, l'ajout d'acide carbonique rend l'eau de mer plus acide et cette « acidification des océans » rend plus difficile la calcification des organismes comme les coraux, mollusques, et du plancton pour construire leurs carapaces et leurs squelettes.

Le pH actuel de l'océan est d'environ 8,1, représentant une augmentation de 25 pour cent de l'acidité au cours des 200 dernières années. Alors que la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère continue d'augmenter, les scientifiques s'attendent à ce que l'acidité de l'eau de mer augmente encore de 25 pour cent d'ici la fin du 21e siècle. Ce niveau d'acidification est similaire à celui du maximum thermique paléocène-éocène (PETM), qui s'est produit il y a environ 56 millions d'années. Pendant le PETM, une augmentation soudaine du dioxyde de carbone atmosphérique a coïncidé avec un réchauffement rapide et une acidification de l'eau de mer - des conditions qui ont duré 70, 000 ans ou plus.

Hönisch analyse les coquilles de minuscules organismes planctoniques appelés foraminifères qui ont été conservés dans les sédiments des grands fonds pendant cette période et d'autres, qui sont récupérés du fond marin par forage en eaux profondes. Son objectif est de quantifier les changements dans l'océan qui se sont produits en raison des changements climatiques passés, et pour déterminer si et comment les organismes marins se sont adaptés à ces conditions changeantes :Certains organismes ont-ils évolué et prospéré ? Certains ont-ils disparu ?

Hönisch utilise sa subvention du Center for Climate and Life pour répondre à ces questions. Dans le cadre de son projet, elle et son équipe de recherche créent une chronologie qui détaille les niveaux passés d'acidité des océans et la sensibilité des foraminifères aux changements environnementaux. Cela les aidera à déterminer comment les températures et l'acidité passées de l'océan ont affecté la capacité des organismes marins calcaires à construire et à entretenir leurs coquilles. Leurs résultats peuvent également améliorer les prévisions des conséquences des futurs changements écosystémiques.

"Nos recherches ont montré que le réchauffement de deux degrés Celsius à la fin de la dernière période glaciaire avait un effet plus important sur l'abondance des espèces de foraminifères et la migration latitudinale que l'acidification de 0,15 unité de l'océan de surface, " dit Hönisch. " Donc, d'une certaine manière, on pourrait dire que le réchauffement est un facteur de stress environnemental plus important que l'acidification, au moins pour les foraminifères planctiques avec cette ampleur spécifique de réchauffement et d'acidification. Cependant, le réchauffement et l'acidification iront également de pair à l'avenir et leurs effets respectifs s'additionneront."

Hönisch a également expliqué que les effets de la hausse des températures et de l'acidification de l'eau de mer ne seront pas les mêmes dans tout l'océan mondial. "Il y aura beaucoup de variabilité dans les conditions dans l'océan, " dit-elle. " Il peut y avoir des refuges où certains organismes peuvent survivre. "

Bien que les observations des changements océaniques passés puissent sembler sombres, Hönisch a noté que de nombreux organismes marins sont extrêmement résistants aux changements environnementaux. Même l'impact dévastateur de l'astéroïde Chicxulub il y a 66 millions d'années n'a pas complètement anéanti la vie dans la mer, il y a donc de l'espoir pour la survie des organismes marins malgré nos océans qui s'acidifient rapidement.

La recherche de Hönisch démontre comment les informations sur les phénomènes passés peuvent être utiles aujourd'hui, et à l'avenir, si nous étudions et écoutons leurs messages, lequel, dans ce cas, nous ont été laissés dans les sédiments au fond de la mer.

Coraux :une fenêtre sur le climat passé

Brad Linsley, un scientifique paléoclimatique à l'Observatoire de la Terre de Lamont-Doherty, reconstitue le climat passé en utilisant des coraux et des sédiments pour apprendre comment les changements des températures mondiales, salinité des océans, et l'hydrologie atmosphérique a varié dans le passé. Il le fait en analysant des microfossiles conservés dans des sédiments d'eau profonde et des carottes prélevées sur des coraux massifs.

Les énormes coraux de récif échantillonnés par Linsely forment un squelette à un rythme d'environ un centimètre par an. Au fur et à mesure que le squelette grandit vers le haut, le corail génère une alternance de couplets de bandes de faible densité et de haute densité à raison d'un couplet par an. Ces bandes de densité sont visibles sur les images radiographiques des plaques coupées des carottes de corail et sont utilisées par les scientifiques pour guider l'échantillonnage à résolution quasi mensuelle et pour aider à générer des modèles d'âge détaillés.

Les traceurs géochimiques mesurés dans le squelette d'un corail sont sensibles à la température de l'eau, salinité, débit de la rivière, et d'autres paramètres environnementaux. Étant donné que les coraux sains poussent continuellement tout au long de l'année et peuvent vivre plusieurs siècles, les coraux massifs peuvent être utilisés pour créer des enregistrements continus des changements passés de la température de l'eau, salinité, et d'autres conditions qui remontent à plusieurs siècles.

Le disque le plus long sur lequel Linsley a travaillé remonte à 1521 et provient des Samoa américaines. D'autres enregistrements du Panama, Fidji, les îles Cook, et Tonga remontent au début des années 1600. La capacité de générer ces chronologies détaillées et précises des conditions environnementales passées est ce qui rend les coraux si précieux en tant qu'archives paléoclimatiques.

Certaines des recherches récentes de Linsley se concentrent sur les événements de blanchissement des coraux, qui se produisent avec une fréquence croissante à mesure que la température de l'océan augmente. De minuscules algues vivent dans les tissus des coraux - ce sont elles qui donnent aux coraux leurs couleurs vives - et entretiennent une relation symbiotique avec les animaux coralliens. Par exemple, le corail fournit aux algues une riche source de dioxyde de carbone et les algues fournissent aux coraux leur principale source de nourriture.

Les coraux sont extrêmement sensibles aux changements de température et lorsque la température de l'océan augmente, même un degré Celsius, les coraux sont stressés. Quand cela arrive, les algues sont expulsées des coraux, résultant en des structures de corail blanc "blanchies". Lors d'un événement de blanchiment, les algues peuvent ne pas disparaître uniformément du corail, dû en partie au fait qu'il peut y avoir de nombreuses espèces différentes d'algues présentes sur une formation corallienne. Dans certains cas, les coraux peuvent récupérer mais si l'eau reste chaude, les coraux mourront généralement.

"Une fois un certain, le seuil de température spécifique au site est maintenu pendant un certain nombre de semaines, de nombreux coraux blanchissent. Cependant, d'autres stress peuvent également provoquer la mort des coraux qui est parfois difficile à distinguer du blanchissement, " dit Linsley.

Des événements de blanchissement des coraux se sont produits dans le monde entier en même temps que certains événements El Niño, qui provoquent le développement d'une région d'eau chaude le long de l'équateur dans le Pacifique central et oriental. Il peut y avoir une corrélation entre les deux, mais le modèle exact n'est toujours pas clair; Linsley a déclaré que du côté de l'océan Pacifique du Panama, l'un de ses sites d'étude, le blanchissement des coraux semble coïncider avec certains événements El Niño très forts.

Au cours de la carrière de Linsley, il a étudié les événements de blanchissement des coraux au Panama, Fidji, et Tonga. Plus récemment, en mars 2018, il est retourné au Panama pour examiner un événement de blanchissement pour la deuxième fois, un voyage soutenu par le Center for Climate and Life.

Au Panama, Linsley et son équipe ont collecté cinq carottes de corail dans une zone du golfe de Chiriquí, sur la côte Pacifique. La température de l'eau dans la région est généralement de 32 degrés centigrades, ou 89,6 degrés Fahrenheit, avec seulement deux degrés de variation saisonnière. Il y a très peu de développement humain dans la région, tant de forêts de mangroves subsistent le long du littoral non développé. Les vents de la région se déplacent d'est en ouest et une ombre de vent bloque les alizés; il y a à la fois des précipitations directes dans l'océan et un ruissellement de la terre.

Les coraux enregistrent toute cette activité environnementale et, à travers différentes analyses, Linsley utilise les carottes qu'il a collectées au Panama pour reconstituer l'histoire du blanchissement des coraux et des changements hydrologiques dans la région jusqu'au milieu des années 1800. Les résultats de Linsley amélioreront en fin de compte la compréhension des changements saisonniers et décennaux des précipitations en Amérique centrale.

Ces informations aideront la région à répondre aux pressions climatiques de plusieurs manières. Entreprise agricole, Gouvernements, et les agriculteurs peuvent l'utiliser pour planifier les fluctuations futures des précipitations et mettre en œuvre des pratiques efficaces de gestion des cultures. Ces connaissances aideront également les efforts de l'Autorité du canal de Panama, qui exploite les écluses du canal de Panama, renforcer la résilience et s'adapter aux changements de précipitations. Une grande quantité d'eau est nécessaire pour déplacer les navires à travers les écluses sans l'utilisation de pompes, ainsi, un manque de précipitations pourrait entraîner des perturbations coûteuses du trafic maritime via le canal de Panama.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de Earth Institute, Université de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.