Tous les animaux, qu'ils vivent sur terre ou dans l'eau, besoin d'oxygène pour respirer. Mais aujourd'hui, les océans du monde perdent de l'oxygène, en raison d'une combinaison de températures croissantes et de courants océaniques changeants. Ces deux facteurs sont induits par le changement climatique induit par l'homme.

Ce processus a le potentiel de perturber les chaînes alimentaires marines. On sait déjà que les grands hypoxiques, ou pauvre en oxygène, les zones peuvent être mortelles. Si l'hypoxie s'étend à la fois en taille et en durée, il est possible de provoquer une extinction généralisée de la vie marine, ce qui s'est produit auparavant dans l'histoire de la Terre.

Nous enquêtons sur le naturel, les changements anciens dans l'oxygénation des océans et les effets biologiques comme moyen de comprendre la réponse naturelle aux scénarios climatiques futurs potentiels. Dans une étude récente, nous avons examiné les liens entre un événement volcanique majeur qui s'est produit il y a des millions d'années et les changements dans les niveaux d'oxygène des océans. Comme les activités humaines d'aujourd'hui, cet événement a libéré des quantités massives de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère.

Nous avons découvert que cet épisode semblait déclencher des pertes d'oxygène importantes dans l'océan mondial qui ont duré plus d'un million d'années. Notre recherche s'ajoute aux preuves croissantes que les teneurs en oxygène marin sont considérablement affectées par le réchauffement des températures et d'autres rétroactions liées au climat causées par la libération de gaz à effet de serre.

Nos océans étouffent-ils ?

Les scientifiques s'accordent généralement à dire que les activités humaines - principalement la combustion de combustibles fossiles, la déforestation et les pratiques agricoles - libèrent du dioxyde de carbone et du méthane dans l'atmosphère à des taux sans précédent. Depuis plusieurs décennies, la recherche sur les impacts du changement climatique s'est concentrée sur le réchauffement climatique, l'élévation du niveau de la mer et l'acidification des océans. Maintenant, la perte d'oxygène des océans commence à retenir l'attention.

Les océans du monde ont perdu plus de 2% de leur réservoir d'oxygène dissous au cours des cinq dernières décennies. Dans de nombreux endroits, des facteurs locaux tels que la pollution par les nutriments aggravent le problème. Dans les eaux américaines, de grandes zones hypoxiques se forment régulièrement dans le golfe du Mexique, les Grands Lacs et le long de la côte du Pacifique. D'autres eaux côtières sont touchées de la même manière dans le monde.

L'hypoxie peut dévaster les prises de poissons. Par exemple, une importante mortalité de poisson aux Philippines en 2002 était directement associée à la baisse des niveaux d'oxygène dans l'eau. Un événement similaire s'est produit à Redondo Beach, Californie en 2011, lorsque des conditions hypoxiques sur plusieurs jours ont décimé la population de poissons locale. Finalement, ces événements ont des impacts importants sur l'homme, puisque 40 pour cent de la population mondiale vit à moins de 60 miles de l'océan. Des millions de personnes dépendent du poisson pour se nourrir, revenu ou les deux.

Relier la perte d'oxygène ancienne à une extinction de masse marine

Les éruptions volcaniques passées sont probablement nos seuls anciens analogues à la libération moderne de gaz à effet de serre provenant des activités humaines. Pour comprendre comment ces événements ont affecté les océans, nous nous sommes tournés vers d'anciennes roches marines qui peuvent enregistrer la relation entre les rejets de dioxyde de carbone des volcans, niveaux d'oxygène marin et événements d'extinction.

Un tel événement, qui s'est produit il y a 183 millions d'années au début du Jurassique, est appelé l'événement anoxique océanique du Toarcien. Il est réputé pour son volcanisme majeur et la septième plus grande extinction de masse de l'histoire de la Terre, qui s'est produit principalement dans les océans. Le volcanisme qui s'est produit était beaucoup plus grand que tous les volcans modernes, et aurait libéré des quantités massives de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, réchauffement dramatique de la planète.

Nous avons appliqué un nouvel outil, les isotopes du thallium, pour déterminer le moment et la quantité de perte d'oxygène des océans au cours de cet événement. Le thallium est un doux, métal argenté que l'on trouve dans divers minerais, y compris des boules de manganèse au fond de l'océan. Les isotopes sont des atomes du même élément qui ont de légères différences de masse car ils contiennent un nombre variable de neutrons.

De nombreux minéraux se forment dans l'océan, souvent par des réactions impliquant de l'oxygène. Mais la quantité d'oxygène libre dans l'eau de mer n'est pas constante dans l'océan moderne, et a également varié dans le temps. Lorsque l'oxygène est abondant dans l'océan, les oxydes de manganèse se déposent au fond des océans, et le thallium - en particulier ses isotopes les plus lourds - s'y collent. En analysant d'anciens sédiments marins et en recherchant des changements dans la valeur isotopique du thallium, nous avons émis l'hypothèse que nous pourrions suivre la perte progressive d'oxygène des océans.

Pour faire ça, nous avons collecté des roches sédimentaires de couleur foncée spécifiques de cette période sur des sites au Canada et en Allemagne, qui représentait deux océans anciens différents. Nous avons ensuite dissous chaque couche de roche pour former un liquide, et isolé et purifié le thallium dans chaque échantillon.

Nous avons constaté que les isotopes du thallium se déplaçaient en deux étapes au cours de cet événement. Tout d'abord, les océans sont devenus moins oxygénés lors de l'apparition du volcanisme massif, il y a environ 183,8 millions d'années à 183,1 millions d'années. Puis les océans ont perdu encore plus d'oxygène, coïncidant avec la phase la plus intense du volcanisme, qui s'est produit il y a 183,1 millions d'années à 182,6 millions d'années.

Ce travail montre pour la première fois que l'océan mondial a perdu de l'oxygène en même temps que le début du volcanisme. Surtout, cela s'est produit au début d'une extinction connue appelée l'événement d'extinction de masse Pliensbachien-Toarcien. En d'autres termes, les premiers signes d'extinction dans les archives fossiles coïncident avec la perte d'oxygène dans les océans.

Nous pensons maintenant que cet état de conditions marines à faible teneur en oxygène a duré plus d'un million d'années et à travers deux impulsions d'extinction. La deuxième phase de désoxygénation était plus expansive, provoquant ainsi une extinction plus importante. C'est arrivé même si l'atmosphère contenait suffisamment d'oxygène pour soutenir la vie, un peu comme aujourd'hui. Par ailleurs, la durée des conditions de faible teneur en oxygène était similaire à un autre événement qui s'est produit il y a 94 millions d'années avec des conséquences biologiques.

Un seuil de réchauffement climatique ?

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat a récemment publié un rapport spécial sur le réchauffement climatique de 1,5°C, qui a appelé à une action immédiate pour limiter le changement climatique à des niveaux qui minimiseront le stress environnemental et écosystémique. Les scientifiques s'accordent généralement à dire que cela signifie empêcher les températures moyennes mondiales d'augmenter de plus de 1,5 degré Celsius au-dessus des niveaux préindustriels.

Le rapport note que si les températures augmentent de 2°C au lieu de 1,5°C, beaucoup plus de perte d'oxygène se produira dans les océans. Il est donc important de continuer à étudier les impacts anciens de la perte d'oxygène sur le record d'extinction, afin que les scientifiques puissent mieux prévoir les futurs scénarios climatiques. Il est également important d'identifier les zones qui seront les plus touchées par la perte d'oxygène des océans et de limiter les effets environnementaux qui se produiront à mesure que notre planète continuera de se réchauffer.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.