Cachés même dans les eaux les plus claires de l'océan, se trouvent des indices sur ce qui arrive aux mers et au climat à l'échelle mondiale. Des traces de divers éléments chimiques se trouvent dans toutes les mers et peuvent révéler ce qui se passe avec les réactions biologiques et les processus physiques qui s'y déroulent.

Les chercheurs travaillent depuis des années pour comprendre exactement ce que ces oligo-éléments peuvent nous dire sur l'océan. Cela inclut la façon dont les algues microscopiques capturent le carbone de l'atmosphère via la photosynthèse d'une manière qui produit de la nourriture pour une grande partie de la vie marine, et comment cette séquestration du carbone et cette production biologique évoluent en réponse au changement climatique.

Mais maintenant, les scientifiques ont proposé qu'ils pourraient également être en mesure d'apprendre comment ces systèmes ont été affectés par le changement climatique il y a longtemps en creusant profondément dans le fond marin pour trouver l'enregistrement sédimentaire des éléments traces passés. Et comprendre le passé pourrait être la clé pour déterminer ce qui se passera dans le futur.

Les oligo-éléments peuvent nous en apprendre énormément sur les océans. Par exemple, Les concentrations de zinc dans les océans ressemblent de manière frappante aux propriétés physiques des eaux profondes qui déplacent d'énormes quantités de chaleur et de nutriments autour de la planète via la "bande transporteuse océanique". Ce lien remarquable entre le zinc et la circulation océanique commence à peine à être compris grâce à des observations à haute résolution et à des études de modélisation.

Quelques oligo-éléments, comme le fer, sont indispensables à la vie, et d'autres, comme le baryum et le néodyme, révèlent des informations importantes sur la productivité biologique des algues. Différents isotopes de ces éléments (variantes avec des masses atomiques différentes) peuvent éclairer les types et les vitesses des réactions chimiques et biologiques en cours.

Beaucoup de ces éléments ne se trouvent qu'en quantités infimes. Mais au cours des dernières années, un projet international ambitieux appelé GEOTRACES utilise des méthodes technologiques et analytiques de pointe pour échantillonner et analyser des éléments traces et comprendre la chimie de l'océan moderne avec des détails sans précédent. Cela nous fournit l'image la plus complète à ce jour de la façon dont les nutriments et le carbone se déplacent dans les océans et de leur impact sur la production biologique.

Usines de carbone

La production biologique est un enchevêtrement de processus et de cycles différents. La production primaire est la quantité de carbone convertie en matière organique par les algues. La production nette d'exportation fait référence à la petite fraction de ce carbone lié à la matière organique qui ne finit pas par être utilisée par les microbes comme nourriture et s'enfonce dans les profondeurs. Une partie encore plus petite de ce carbone finira par être stockée dans les sédiments au fond de l'océan.

En plus du carbone, ces algues capturent et stockent une variété d'oligo-éléments dans leur matière organique. Ainsi, en utilisant toutes les informations chimiques dont nous disposons, nous pouvons avoir une vue complète de la croissance des algues, couler et s'enfouir dans les océans. Et en regardant comment différents métaux et isotopes sont intégrés dans d'anciennes couches de roche sédimentaire, nous pouvons reconstruire ces changements à travers le temps.

Cela signifie que nous pouvons utiliser ces archives sédimentaires comme enregistrements indirects de l'utilisation des nutriments et de la production primaire nette, ou la production à l'exportation, ou des taux de chute. Cela devrait nous permettre de commencer à répondre à certains des mystères de la façon dont les océans sont affectés par le changement climatique, non seulement dans l'histoire de la Terre relativement récente, mais aussi dans les temps lointains.

Par exemple, ainsi que nous éclairer sur les processus actifs au sein de l'océan moderne, les scientifiques ont analysé ce que sont les isotopes du zinc dans les fossiles des fonds marins d'il y a des dizaines de milliers d'années, et même dans des roches anciennes datant d'il y a plus d'un demi-milliard d'années. L'espoir est qu'ils puissent utiliser ces informations pour reconstruire une image de la façon dont les nutriments marins ont changé au cours de l'histoire géologique.

Mais ce travail s'accompagne d'une mise en garde. Nous devons associer nos connaissances sur la biogéochimie moderne à notre compréhension de la formation des roches et de la préservation des signaux géochimiques. Cela nous permettra d'être sûr que nous pouvons faire des interprétations robustes des enregistrements proxy des fonds marins préhistoriques.

Comment faisons-nous cela? En décembre 2018, des scientifiques de GEOTRACES ont rencontré des membres d'un autre projet de recherche, PAGE, qui sont des experts dans la reconstruction de la façon dont la Terre a réagi aux changements climatiques passés. Une approche que nous avons développée consiste essentiellement à travailler à rebours.

Il faut d'abord se demander :quelles archives (shells, grains de sédiments, matière organique) sont conservés dans les sédiments marins ? Puis, laquelle des signatures métalliques et isotopiques utiles de l'eau de mer est enfermée dans ces archives ? Pouvons-nous vérifier – à l'aide de matériaux provenant de la surface des sédiments des grands fonds – si ces archives fournissent des informations utiles et précises sur les conditions océaniques ?

La question peut aussi être retournée, ce qui nous permet de nous demander s'il existe de nouveaux systèmes isotopiques qui n'ont pas encore été étudiés. Nous voulons savoir si GEOTRACES a découvert des modèles intéressants dans la chimie des océans qui pourraient être le début de nouveaux proxys. Si c'est le cas, nous pourrions peut-être utiliser ces archives océaniques pour faire la lumière sur la réaction à l'absorption de carbone dans la matière organique marine, et agit comme un retour sur, climatique à l'avenir.

Par exemple, Un monde plus chaud avec plus de dioxyde de carbone favorisera-t-il la croissance des algues, qui pourrait alors absorber davantage de cet excès de CO₂ et contribuer à faire une pause sur les émissions de carbone d'origine humaine ? Ou la productivité des algues diminuera-t-elle, piéger moins de matière organique et stimuler le réchauffement atmosphérique dans le futur ? Les secrets pourraient tous être dans les fonds marins.

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