La mer est la machine de stockage de dioxyde de carbone la plus formidable de la Terre, mais les mystères abondent encore sur les processus imbriqués de ce stockage et la myriade d'organismes impliqués.

Maintenant, grâce à une série d'articles publiés dans la revue Frontières en sciences marines , des chercheurs de la Florida State University s'orientent vers une meilleure compréhension du stockage du carbone dans l'océan, ses acteurs biologiques constitutifs et les facteurs qui pourraient limiter son efficacité.

Dans trois études sur la pompe à carbone biologique - le processus par lequel le dioxyde de carbone produit par les algues photosynthétiques dans la surface de l'océan est transféré au fond marin et stocké pendant des millénaires - le professeur agrégé d'océanographie Mike Stukel et ses collaborateurs ont découvert que le zooplancton microscopique joue un rôle essentiel, rôles souvent sous-estimés et parfois opposés dans le transport et la séquestration du carbone.

"Ces organismes contribuent à la pompe biologique à carbone en créant des boulettes fécales riches en carbone qui s'enfoncent rapidement dans l'océan, " dit Stukel. " Cependant, certains zooplancton se nourrissent également de particules en train de couler, diminuant ainsi l'efficacité de la pompe à charbon biologique."

Environ 5 à 12 gigatonnes métriques de carbone sont transportées chaque année par la pompe à carbone biologique, un volume similaire à la quantité de dioxyde de carbone produite par les humains chaque année en brûlant des combustibles fossiles.

Cependant, des hordes de zooplancton affamé à des centaines de mètres sous la surface consomment souvent des particules riches en carbone qui coulent vers le fond de l'océan, interrompre ce processus de transport.

"Cela empêche le carbone d'être séquestré à des profondeurs plus profondes et garantit qu'il sera de retour dans l'atmosphère plus tôt, " a déclaré Stukel.

La plupart des études sur le rôle du zooplancton dans les cycles biogéochimiques mondiaux, Stukel a dit, se sont concentrés principalement sur le krill et des groupes similaires, avec l'hypothèse que leur comportement est représentatif de tout le zooplancton dans l'océan. Mais son étude démontre la variété des façons dont ces petits organismes peuvent altérer, et parfois gêner, la pompe à charbon biologique.

Dans une enquête sur deux types spécifiques de zooplancton, phaeodariens et ptéropodes, Stukel et son équipe ont découvert que ces groupes d'organismes qui se nourrissent de particules en train de couler peuvent influencer le transport du carbone tout autant que le zooplancton suspendu plus abondant comme le krill, qui se nourrissent de matière organique flottante plus près de la surface de l'océan.

« Certaines espèces ont des caractéristiques très différentes qui leur confèrent une importance démesurée dans la biogéochimie marine, " il a dit.

La migration verticale régulière du zooplancton de la surface vers les eaux plus profondes est essentielle au transport et à la séquestration en toute sécurité du carbone dans l'océan. Stukel et Thomas Kelly, étudiant diplômé de la FSU, ont découvert que ces voyageurs infatigables représentaient beaucoup plus de transport de carbone que les estimations précédentes ne le suggéraient.

En utilisant un avancé, modèle d'écosystème intégré, Stukel et Kelly ont évalué les taux de production d'algues au niveau de la surface, estimations de la biomasse et besoins en proies des poissons et du zooplancton. Leur modèle a montré que les demandes métaboliques d'organismes à des centaines de mètres sous la surface nécessitaient plus de carbone fourni par les migrateurs que prévu.

Le résultat :le transport important de carbone provenant du zooplancton en migration verticale était plus important sur le plan écologique que prévu.

« La plupart des estimations précédentes des flux de carbone liés à la migration ont suggéré que la migration n'est responsable que de 5 à 20 % des flux descendants, " dit Stukel. " Cependant, notre étude suggère que les résultats précédents ont peut-être sous-estimé la véritable importance de la migration, et qu'il peut en fait contribuer à près de la moitié du flux total dans les régions côtières productives."

Les chercheurs disposent d'un arsenal de stratégies pour évaluer le flux de particules riches en carbone dans la pompe à carbone biologique. Certains d'entre eux, comme des pièges à sédiments à la dérive, nécessitent beaucoup de temps à bord des navires de recherche, une dépense qui peut souvent être prohibitive.

Une autre méthode, appelé imagerie optique, permet aux scientifiques de prendre des photos détaillées de particules avec des caméras sous-marines et d'utiliser des profils de tailles de particules pour obtenir une nouvelle compréhension de leur mouvement dans la colonne d'eau.

"Essentiellement, la théorie nous dit qu'il devrait y avoir des relations entre la taille des particules et à la fois la vitesse de descente et la teneur en carbone, " a déclaré Stukel. "Si nous pouvons mesurer la taille et l'abondance des particules - et si ces relations théoriques se vérifient - nous pouvons estimer le flux de particules en prenant des photos de particules dans l'océan."

Stukel et Christian Fender, étudiant diplômé de la FSU, ont mis à l'épreuve la méthode d'imagerie optique la plus rentable. Ils ont découvert que les algorithmes conventionnels de mesure du flux de particules à partir de profils d'images fonctionnaient particulièrement mal dans l'écosystème du courant californien. Le problème principal, Stukel a dit, était l'échec des algorithmes à prendre en compte de manière adéquate les poids plus lourds, granulés fécaux de zooplancton à coulage rapide, qui sont une composante importante du flux global de particules de la région.

En réponse à ce constat, l'équipe a développé un algorithme conçu pour estimer le flux à partir de la taille des particules dans les conditions spécifiques de l'écosystème du courant californien. Ces paramètres spécialement adaptés, qui a souligné l'importance des boulettes fécales de zooplancton, a nettement surpassé les algorithmes standards.

L'étude a montré que, afin de capitaliser au mieux sur des stratégies d'imagerie optique plus abordables, les chercheurs doivent porter une attention particulière aux environnements et aux particules spécifiques qu'ils étudient.

"Nos résultats montrent que les caméras doivent quantifier non seulement la taille de la particule, mais aussi classer de quel type de particule il s'agit, " a déclaré Stukel.

Les trois études produites par Stukel et son équipe révèlent de nouvelles connaissances sur la mécanique à micro-échelle de l'un des processus de transport du carbone les plus importants au monde. En plus de mettre en évidence le zooplancton gardien qui arrête souvent la séquestration des particules hautement carbonées et le rôle historiquement sous-évalué des migrateurs de plancton dans la pompe biologique du carbone, la recherche fait également des suggestions importantes sur la façon de mieux évaluer les flux de carbone dans des environnements océaniques variables à travers le monde.

Stukel a déclaré que le meilleur moyen de parvenir à une compréhension plus complète de la pompe à carbone biologique est de développer une appréciation plus profonde de la panoplie de plancton qui la maintient en activité.

« Compte tenu de leurs divers rôles dans la pompe à carbone biologique, il est important que les scientifiques ne considèrent pas seulement combien de zooplancton se trouve dans une région particulière, mais aussi de se concentrer sur la diversité et les rôles fonctionnels de ces groupes, " il a dit.