Les océans du monde absorbent environ un quart du dioxyde de carbone que les humains pompent dans l'air chaque année, un puissant frein à l'effet de serre. En plus des processus purement physiques et chimiques, une grande partie est absorbée par le plancton photosynthétique car ils incorporent du carbone dans leur corps. Quand le plancton meurt, ils coulent, emportant le carbone avec eux. Une partie de cette pluie organique finira enfermée dans l'océan profond, isolé de l'atmosphère pendant des siècles ou plus. Mais ce que l'océan prend, l'océan redonne aussi. Avant que de nombreux restes n'aillent très loin, ils sont consommés par les bactéries aérobies. Et, tout comme nous, ces bactéries respirent en absorbant de l'oxygène et en expulsant du dioxyde de carbone. Une grande partie de ce CO2 régénéré se retrouve ainsi dans l'air.

Une nouvelle étude suggère que la régénération du CO2 pourrait s'accélérer dans de nombreuses régions du monde à mesure que les océans se réchauffent avec le changement climatique. Cette, à son tour, pourrait réduire la capacité des océans profonds à retenir le carbone. L'étude montre que dans de nombreux cas, les bactéries consomment plus de plancton à des profondeurs moins profondes qu'on ne le croyait auparavant, et que les conditions dans lesquelles ils le font se propageront à mesure que la température de l'eau augmentera. L'étude a été publiée cette semaine dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Les résultats nous disent que le réchauffement entraînera un recyclage plus rapide du carbone dans de nombreux domaines, et cela signifie que moins de carbone atteindra les profondeurs de l'océan et y sera stocké, " a déclaré le co-auteur de l'étude, Robert Anderson, océanographe à l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty de l'Université Columbia.

Les scientifiques pensent que le plancton produit environ 40 à 50 milliards de tonnes de carbone organique solide chaque année. Ils estiment que, selon la région et les conditions, environ 8 à 10 milliards de tonnes parviennent à s'enfoncer de la surface de l'océan vers de plus grandes profondeurs, passé environ 100 mètres, sans se faire manger par les bactéries. Cependant, les scientifiques ont une mauvaise compréhension des profondeurs auxquelles le CO2 est respiré, et par conséquent, de la vitesse à laquelle il est renvoyé dans l'atmosphère. La nouvelle étude s'est concentrée sur cette question, avec des résultats surprenants.

En utilisant les données d'une croisière de recherche 2013 du Pérou à Tahiti, les scientifiques ont examiné deux régions distinctes :la région riche en nutriments, eaux très productives au large de l'Amérique du Sud, et les eaux largement infertiles qui tournent lentement dans l'océan central sous l'équateur dans un ensemble de courants connus sous le nom de tourbillon du Pacifique Sud.

Pour mesurer à quelle profondeur les particules organiques s'enfoncent, de nombreuses études océanographiques utilisent des dispositifs relativement primitifs qui piègent passivement les particules lorsqu'elles coulent. Cependant, ces appareils ne peuvent collecter qu'une quantité limitée de données sur les vastes distances et profondeurs de l'océan. Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont plutôt pompé de grandes quantités d'eau de mer à différentes profondeurs et l'ont tamisée. De ces, ils ont isolé des particules de carbone organique et des isotopes de l'élément thorium, qui, ensemble, leur ont permis de calculer la quantité de carbone descendant à chaque profondeur échantillonnée. Cette procédure fournit beaucoup plus de données que les méthodes traditionnelles.

Dans la zone fertile, l'oxygène s'épuise rapidement près de la surface, que les bactéries et autres organismes engloutissent la matière organique. A une profondeur d'environ 150 mètres, la teneur en oxygène atteint près de zéro, arrêt de l'activité aérobie. Une fois que la matière organique atteint cette couche, appelée zone minimale d'oxygène (OMZ), elle peut s'enfoncer intacte dans les profondeurs de l'océan. L'OMZ forme ainsi une sorte de cape de protection sur toute matière organique qui s'y enfonce. Dans les profondeurs, les niveaux d'oxygène remontent et les bactéries aérobies peuvent reprendre leur activité; cependant, tout CO2 produit jusque-là mettra des siècles à remonter dans l'air via les courants ascendants.

Jusqu'à maintenant, de nombreux scientifiques pensent qu'une grande partie de la matière organique produite près de la surface traverse l'OMZ, et donc la majeure partie de la régénération du CO2 aurait lieu dans les profondeurs de l'océan. Cependant, les mesures des chercheurs ont suggéré qu'en réalité, seulement 15 % environ parviennent jusqu'ici; le reste est reconverti en CO2 au-dessus de l'OMZ.

"Les gens ne pensaient pas que beaucoup de régénération se produisait dans la zone moins profonde, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Franck Pavie, un étudiant diplômé à Lamont-Doherty. "Le fait que cela se produise montre que le modèle ne fonctionne pas du tout comme nous le pensions."

C'est important parce que les chercheurs prévoient qu'à mesure que les océans se réchauffent, Les OMZ s'étendront à la fois horizontalement sur des zones plus larges, et verticalement, vers la surface. Sous le paradigme conventionnel, cela permettrait à plus de matière organique d'atteindre les profondeurs de l'océan pour y être piégées. Cependant, la nouvelle étude suggère qu'à mesure que les OMZ se propagent, il en sera de même pour la vigoureuse régénération de CO2 au-dessus d'eux. Cela contrecarrerait tout piégeage accru de matière organique sous la ZMO. Quel effet - la régénération près de la surface ou le plafond fourni par l'OMZ - pourrait l'emporter est une question pour plus de recherche, dit Pavie. Mais la découverte implique que la propagation des OMZ pourrait ne pas être aussi bénéfique qu'on ne le pensait auparavant. (Du moins pas pour le stockage du carbone ; les OMZ sont nocives, en ce sens qu'ils tuent une grande partie de la vie marine dans ce qui sont maintenant des zones de pêche importantes.)

Plus loin, dans le tourbillon du Pacifique Sud, les résultats étaient moins ambigus. Il y a moins d'activité biologique ici qu'au-dessus des OMZ en raison du manque de nutriments, et des recherches antérieures utilisant des pièges à sédiments ont suggéré qu'une grande partie de la matière organique qui se forme à la surface s'enfonce dans les profondeurs froides. Une partie de la régénération du CO2 s'y déroule, mais il faudrait des siècles pour que le gaz refait surface. Cependant, la nouvelle étude a trouvé le contraire :il y a beaucoup plus de régénération près de la surface plus chaude que précédemment estimé par certaines études.

Cela compte parce que, comme les OMZ, le tourbillon du Pacifique Sud et des systèmes de courants similaires dans d'autres parties des océans devraient se développer à mesure que les océans se réchauffent. Les tourbillons diviseront ces régions en couches stratifiées d'eaux plus chaudes au-dessus et d'eaux plus froides en dessous. Et parce que, selon l'étude, tant de régénération de CO2 aura lieu dans le chaud, eaux moins profondes, plus de CO2 finira par retourner dans l'air sur des régions plus larges. Et contrairement aux zones OMZ situées plus près du rivage, "il n'y a pas d'effet de contrepoids dans les gyres, " a déclaré Anderson. " L'histoire avec les gyres est que sur de vastes zones de l'océan, le stockage du carbone va devenir moins efficace. » (Il existe quatre autres grands tourbillons :le Pacifique nord, l'Atlantique sud et nord, et l'océan Indien.)

Les chercheurs soulignent que les processus qu'ils ont étudiés ne sont qu'une partie du cycle du carbone océanique. Les réactions physiques et chimiques indépendantes de la biologie sont responsables d'une grande partie des échanges de carbone entre l'atmosphère et les océans, et ces processus pourraient interagir avec la biologie de manières complexes et imprévisibles. "Cette [l'étude] nous donne des informations que nous n'avions pas auparavant, que nous pouvons brancher sur les futurs modèles pour faire de meilleures estimations, " dit Pavie.