Quand le volcan Kilauea à Hawaï est entré en éruption en 2018, il a détruit quelque 700 maisons et envoyé des centaines de millions de tonnes de lave se déverser dans l'océan, créant des nuages ​​gonflés et des explosions le long de la côte. Bientôt, l'imagerie satellitaire a révélé que quelque chose d'autre se produisait :d'énormes proliférations apparentes de phytoplancton marin apparaissaient. Ce juillet, une équipe de scientifiques s'est embarquée dans un navire de recherche pendant plusieurs jours pour surveiller l'eau et prélever des échantillons 24 heures sur 24, pour tenter de comprendre ce qui se passait. Leur hypothèse de travail :la lave déferlante livrait des nutriments minéraux aux eaux relativement pauvres en nutriments, déclencher la floraison. Mais, comme le dit une étude publiée dans la revue Science cette semaine, ils se sont trompés. Un mécanisme jusque-là insoupçonné était à l'œuvre, un avec des implications plus larges sur le fonctionnement des processus biologiques marins.

Le phytoplancton est une algue photosynthétique unicellulaire qui constitue la base du réseau trophique marin. Ils jouent également un rôle clé dans la régulation du climat mondial, car ils absorbent de grandes quantités de carbone, dont certains coulent au fond lorsque le phytoplancton meurt. Cependant, leur croissance est limitée dans de nombreuses régions, parce que l'eau ne contient pas assez de nutriments essentiels pour tout le monde. L'équipe de terrain, dirigé par des scientifiques de l'Université d'Hawaï et de l'Université de Californie du Sud, initialement supposé que la prolifération se produisait parce que la poussière volcanique et la lave, riche en nutriments tels que le fer et le phosphate, le nourrissait.

Des observations directes et des analyses ultérieures ont montré que ce n'était pas le cas. Pour un, le fer et le phosphate entraient en effet dans l'eau, mais pas sous des formes disponibles pour le phytoplancton à utiliser ; ils s'agglutinaient en particules que les organismes ne pouvaient pas absorber. D'autre part, l'eau s'est soudainement chargée de nitrate - un nutriment qu'on ne trouve normalement pas près de la surface ici, et qui est pratiquement inexistant dans la lave. D'où venait le nitrate, et le phytoplancton l'utilisait-il ?

Normalement, les scientifiques s'attendraient à trouver les eaux autour d'Hawaï dominées par des espèces extrêmement petites appelées picoplancton, dont la croissance est limitée par l'abondance de fer et de phosphate. Mais la composition des organismes avait radicalement changé; les espèces dominantes étaient maintenant du phytoplancton plus gros appelé diatomées. Des échantillons de phytoplancton ont été envoyés à Sonya Dyhrman, un océanographe biologique à l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty de l'Université Columbia. Elle et le chercheur associé de Lamont, Matthew Harke, ont analysé leurs métabolismes et ont découvert que les diatomées réagissaient vigoureusement à l'ajout de nitrate.

"C'est vraiment excitant de voir une équipe de scientifiques à réponse rapide travailler ensemble pour résoudre un mystère, " a déclaré Dyhrman. "Nous avons pu utiliser notre analyse pour aider à confirmer que le nitrate était une partie importante de l'histoire ici, où nous avions pensé que ce serait du fer ou du phosphate."

L'équipe pense maintenant avoir identifié un mécanisme de fertilisation auquel personne n'avait pensé auparavant. Ils disent que la lave se déversant dans l'océan a remué le pot, plongeant jusqu'à 1, 000 pieds sous la surface. Là-bas dans les profondeurs fraîches, le nitrate d'organismes morts a tendance à s'accumuler, et surtout y rester. Mais la lave a chauffé l'eau, le faisant remonter rapidement. Une fois que l'eau jaillie a atteint la zone de pénétration du soleil, les diatomées avides de nitrate en profitent et se multiplient rapidement. Une confirmation de cette idée :peu après l'arrêt de l'éruption, la prolifération d'algues s'est calmée.

Le volcanologue Terry Plank et l'océanographe biologique Hugh Ducklow, tous deux également à Lamont-Doherty, a écrit un commentaire accompagnant l'étude. Dedans, ils disent que personne n'avait auparavant étudié si les éruptions pouvaient jouer un tel rôle dans les écosystèmes marins. Encore, les océans sont parsemés d'îles volcaniques ainsi que de volcans sous-marins dont probablement beaucoup n'ont pas été découverts. Ceux-ci pourraient-ils influencer le flux et le reflux du phytoplancton et du réseau trophique plus large de manière insoupçonnée ? Entre autres, ils disent, les éruptions volcaniques sont connues pour contribuer au dioxyde de carbone dans l'atmosphère, mais avec la nouvelle découverte, il semble possible qu'ils équilibrent cela en partie en alimentant la croissance du phytoplancton qui récupère une partie du carbone. Plank et Ducklow supposent que d'autres phénomènes transitoires tels que les ouragans pourraient également jouer un rôle similaire en remuant les eaux riches en nutriments des profondeurs vers la surface.

L'éruption et la possibilité de l'étudier en temps réel "ont fourni une occasion unique de voir de visu comment un apport massif de nutriments externes altère les écosystèmes marins, ", a déclaré l'auteur principal Sam Wilson de l'Université d'Hawaï.