Les océans de la Terre ont une capacité naturelle remarquable à extraire le carbone de l'atmosphère et à le stocker au plus profond des eaux océaniques, exerçant un contrôle important sur le climat mondial.

Une grande partie du dioxyde de carbone émis lorsque les humains brûlent des combustibles fossiles, par exemple, est absorbé et stocké dans l'océan via un ensemble de processus qui constituent le cycle du carbone océanique. Mais, le rythme rapide auquel les émissions de dioxyde de carbone augmentent signifie que l'avenir du cycle est incertain, surtout lorsque de nombreux processus clés restent mal compris. Dans un nouvel article de la revue La nature , Tom Weber, professeur assistant en sciences de la Terre et de l'environnement à Rochester, et ses collègues, décrit et quantifié les mécanismes critiques impliqués dans le cycle du carbone océanique, spécifiquement la "pompe biologique". Leurs nouvelles connaissances peuvent être utilisées pour guider les modèles informatiques climatiques afin de mieux prévoir les effets du changement climatique sur un monde en réchauffement.

S'enfoncer plus profondément dans l'océan

La pompe biologique décrit la somme de tous les processus biologiques qui transfèrent le dioxyde de carbone de l'atmosphère vers l'océan profond. Petites plantes marines, connu sous le nom de phytoplancton, puiser le dioxyde de carbone de la surface de l'océan pour produire de la biomasse. La biomasse s'agglutine en particules, qui s'enfoncent ensuite dans l'océan profond. Dans l'océan profond, les particules se décomposent, libérant du dioxyde de carbone. "L'effet net est le" pompage "de CO2 de l'atmosphère vers l'océan profond, ", dit Weber.

Plus une particule s'enfonce dans l'océan, plus il faudra de temps au carbone pour revenir à la surface et retourner dans l'atmosphère. Carbone libéré à quelques centaines de mètres de profondeur, par exemple, est recirculé dans l'atmosphère sur des échelles de temps de 10 ans ou moins, mais si des particules s'enfoncent dans l'océan profond, à plus de 1, 000 mètres—leur carbone peut être stocké jusqu'à 1, 000 ans avant de remonter à la surface.

Pompes à injection de particules

Les chercheurs pensaient auparavant que le transfert de particules de la surface vers l'océan profond se produisait simplement en s'enfonçant sous la force de gravité - ce que Weber et ses collègues considèrent comme la "pompe gravitationnelle biologique". Cependant, dans les dernières années, les scientifiques ont reconnu d'autres processus importants dans le transfert du carbone des eaux de surface vers l'océan profond. Comme indiqué dans le document, ceux-ci incluent le mélange physique de l'océan par le vent, par les courants océaniques à grande échelle, et par transport biologique via des animaux tels que les petits poissons qui mangent les particules de biomasse à la surface et les excrétent en profondeur. Les chercheurs appellent collectivement ces processus des « pompes d'injection de particules » (PIP) car elles peuvent « injecter » des particules à des profondeurs beaucoup plus profondes – par rapport à une simple décantation gravitationnelle – avant que la décomposition ne se produise et que le carbone ne soit libéré.

"C'est un moyen beaucoup plus efficace de tirer le carbone de la surface vers les eaux profondes, ", dit Weber.

Weber et ses collègues ont combiné des preuves d'observation et de nouveaux calculs de modèle pour quantifier pour la première fois la quantité de carbone transférée par les PIP. Ils ont découvert que les PIP sont un facteur beaucoup plus influent qu'on ne le pensait :collectivement, ils sont responsables d'autant de stockage de carbone dans l'océan que la pompe gravitationnelle biologique.

Le cycle du carbone océanique et le changement climatique

Parce que le cycle du carbone océanique est affecté par les changements environnementaux de la lumière, Température, et la disponibilité des nutriments, les chercheurs peuvent utiliser leurs nouveaux résultats pour améliorer les modèles climatiques et mieux prévoir comment le cycle du carbone océanique réagira au futur changement climatique mondial, dit Weber. « Si on veut avoir un pouvoir prédictif par rapport à la pompe biologique, nous devons comprendre tous les mécanismes et doter nos modèles climatiques mondiaux d'une représentation complète."

Le cycle du carbone océanique est plus particulièrement affecté par le changement climatique en raison du réchauffement des eaux océaniques. L'océan profond est rempli de froid, dense, et de l'eau riche en nutriments tandis que la surface de l'océan est plus chaude et plus légère. Afin de maintenir la productivité biologique, le vent remue les eaux de l'océan, en les mélangeant pour faire remonter l'eau riche en nutriments à la surface. Lorsque les températures des océans augmentent en raison du changement climatique, cependant, la différence de densité entre l'eau de l'océan de surface et l'eau de l'océan profond augmente, rendant plus difficile le mélange de l'océan, dit Weber. "Les enregistrements satellitaires montrent que la productivité globale de l'océan de surface diminue parce que l'agitation des nutriments devient moins efficace."

La nouvelle recherche de Weber ajoute une autre « ride au problème, " dit-il. Les vues précédentes de la pompe biologique indiquaient qu'un taux de mélange océanique réduit ralentirait la productivité mais " n'affecterait pas vraiment les autres processus de la pompe biologique :une fois que vous produisez les particules, la gravité seule les ferait couler et se décomposer." La nouvelle vue, cependant, indique qu'un ralentissement du mélange diminuera également les PIP, qui sont vitaux pour le cycle du carbone océanique en tant que « mécanismes d'exportation très efficaces qui permettent d'obtenir les particules belles et profondes où le carbone peut être stocké plus longtemps, ", dit Weber.

Si les particules ne sont pas amenées profondément dans l'océan, Ceci peut, à son tour, retour sur le changement climatique. « Si le dioxyde de carbone est libéré à des profondeurs moindres, il s'échappe plus vite dans l'atmosphère, ce qui signifie plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère où il contribue au réchauffement climatique."