Entrée de lave du Kīlauea sur la côte sud-est de l'île d'Hawai'i vue depuis le navire de recherche UH Kaimikai o Kanaloa. Crédit :Ryan Tabata, EUH.
Lorsque le volcan Kīlauea est entré en éruption en 2018, il a injecté des millions de pieds cubes de lave en fusion dans les eaux pauvres en nutriments au large de la grande île d'Hawai'i. L'eau de mer contaminée par la lave contenait de fortes concentrations de nutriments qui ont stimulé la croissance du phytoplancton, résultant en un vaste panache de microbes qui était détectable par satellite.
Une étude menée par des chercheurs de l'Université d'Hawai'i (UH) à Mānoa et de l'Université de Californie du Sud (USC) et publiée aujourd'hui dans la revue Science a révélé que cette réponse biologique reposait sur des concentrations étonnamment élevées de nitrate, malgré la quantité négligeable d'azote dans la lave basaltique. L'équipe de recherche a déterminé que le nitrate a été amené à la surface de l'océan lorsque la chaleur provenant de l'apport substantiel de lave dans l'océan a réchauffé les eaux profondes riches en nutriments et les a fait monter, fournir des nutriments à la couche ensoleillée.
Après avoir observé le bloom phytoplanctonique sur des images satellites, le UH Mānoa Center for Microbial Oceanography:Research and Education (C-MORE) a organisé une expédition océanographique d'intervention rapide sur le navire de recherche UH Ka'imikai-O-Kanaloa du 13 au 17 juillet, 2018—au cœur de l'activité du Kilauea. L'équipe a mené des opérations 24 heures sur 24 à proximité de la région d'entrée de la lave pour tester la chimie de l'eau et la réponse biologique à l'événement dramatique.
Co-auteurs principaux Sam Wilson à C-MORE et Nick Hawco, un chercheur de l'USC qui rejoindra le département d'océanographie de l'UH Mānoa en janvier 2020, testé l'hypothèse que la lave et la poussière volcanique stimuleraient des micro-organismes limités par le phosphate ou le fer, qui sont des produits chimiques trouvés dans la lave.
Site d'entrée de lave de Kilauea sur la côte sud-est d'Hawaï. Des panaches flottants de paresse causés par l'interaction de la lave en fusion chaude et de l'eau de mer sont visibles. Crédit :Karin Bjorkman, EUH.
Comme ça s'est apparu, puisqu'il y avait tant de lave dans l'eau, le fer dissous et le phosphate combinés en particules, rendant ces nutriments indisponibles pour les microbes. Plus loin, Profond, l'eau de mer chauffée est devenue flottante et a apporté du nitrate, ce qui a provoqué la prolifération d'autres classes de phytoplancton.
Il est possible que ce mécanisme ait conduit à des événements similaires de fertilisation des océans dans le passé associés à la formation des îles hawaïennes et d'autres éruptions volcaniques importantes, suggèrent les auteurs. Selon leur localisation, une éruption soutenue à cette échelle pourrait également faciliter un flux important de nitrate en provenance de l'océan profond et perturber la circulation océanique à plus grande échelle, biologie et chimie.
« L'expédition de juillet 2018 a fourni une occasion unique de voir de visu comment un apport massif de nutriments externes altère les écosystèmes marins qui sont finement adaptés aux conditions de faible teneur en nutriments, ", a déclaré Wilson. "Les réponses de l'écosystème à un ajout aussi important de nutriments sont rarement observées ou échantillonnées en temps réel. UH a une forte tradition non seulement de recherche volcanique, mais aussi en regardant ses impacts sur le milieu environnant comme l'océan, eaux souterraines, atmosphère. Cette dernière recherche améliore notre compréhension des interactions lave-eau de mer dans le contexte beaucoup plus large des connexions terre-océan. »
