Des scientifiques chinois montent à bord d'un piège à sédiments. Des sédiments se sont accumulés dans les tubes en plastique blanc. Crédit :Équipe de sédimentologie des grands fonds de l'Université de Tongji
Les minéraux argileux en suspension dans l'eau de mer fixent le carbone organique sédimentaire à leurs surfaces minérales. Mais la quantité de carbone qui est lié et la source de ce carbone dépendent beaucoup du minéral argileux en question. Une équipe de recherche de l'ETH Zurich et de l'Université de Tongji l'a démontré en étudiant les sédiments de la mer de Chine méridionale.
Les rivières déversent un apport constant de sédiments dans les océans du monde. Ces sédiments sont en grande partie composés de divers minéraux argileux, produits de l'altération des roches, et de composés organiques d'origine végétale qui se sont décomposés dans les sols. Ces deux composants se retrouvent dans les rivières à cause de l'érosion.
En route vers les océans, la matière organique des sédiments se lie aux minéraux argileux pour former des complexes argilo-humiques. Une fois arrivés à la mer, ces complexes s'enfoncent dans les fonds marins, où ils sont enterrés par d'autres sédiments. Celui-ci capte le carbone contenu dans ces complexes, le retirer à des échelles de temps géologiques de l'atmosphère et des réservoirs de carbone en échange rapide avec la surface de la Terre.
C'est pourquoi les minéraux argileux, également connu sous le nom de phyllosilicates, sont extrêmement importants pour le cycle mondial du carbone :environ 90 pour cent du carbone organique séquestré dans les fonds marins autour des continents est lié aux réactions entre la matière organique et divers minéraux. Une variété de phyllosilicates sont responsables d'une part particulièrement importante car leur petite taille et leur géométrie leur confèrent une surface spécifique particulièrement élevée et peuvent lier de grandes quantités de carbone.
Tout dépend de la variété
Cependant, tous les minéraux argileux ne forment pas de complexes stables avec des substances organiques. Dans un article récent de la revue Science , une équipe de chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Université de Tongji à Shanghai montre que différents types de minéraux argileux interagissent avec la matière organique à des degrés divers, dans un processus qui détermine le cycle du carbone organique. Cela affecte également la mesure dans laquelle chaque minéral argileux agit comme agent de séquestration du carbone, puisque la liaison du carbone avec un phyllosilicate particulier dépend de sa structure minéralogique et de ses caractéristiques. Plus la surface spécifique est grande et plus sa réactivité est forte, plus la quantité de matière organique qui peut s'y lier est importante et plus le volume de carbone séquestré dans le sédiment est élevé.
Les chercheurs ont étudié ces processus en mer de Chine méridionale, où la smectite minérale argileuse de Luzon (l'île principale des Philippines), kaolinite de Chine continentale, et le mica et la chlorite des montagnes de Taïwan se rencontrent. Thomas Blattmann, ancien doctorant de l'ETH et auteur principal de l'étude, dit que cette mer offre les meilleures conditions au monde pour étudier les interactions entre les phyllosilicates et la matière organique. D'autres océans présentent un "mélange chaotique" de phyllosilicates dans lequel les processus auxquels les chercheurs s'intéressent se chevauchent. « Cela rend plus difficile la détermination des effets des différents types de minéraux argileux. En revanche, dans la mer de Chine méridionale, il est clair de quelle masse terrestre provient chaque minéral argileux, et c'est unique. »
Le chemin des minéraux argileux et de la matière organique qui leur est lié de la surface terrestre aux sédiments marins. Crédit :ETH Zurich d'après Blattmann et al., Sciences 2019
Les minéraux argileux piègent le carbone
La smectite se forme lorsque le substratum rocheux volcanique est chimiquement altéré; en eau douce, il se lie avec la matière organique de fertile, sols riches en humus. Une fois que ces complexes atteignent l'eau salée, cependant, les smectites échangent leurs charges organiques. Ils absorbent les composés carbonés dissous dans l'eau de mer et libèrent la matière organique provenant de la terre dans l'océan. Ce qui arrive ensuite à cette matière organique n'est pas clair. Blattmann pense qu'il est probable que les substances organiques de Luzon s'oxydent, sont consommés par des micro-organismes, ou restent librement dissous pendant des milliers d'années dans l'eau de mer. Les phyllosilicates des montagnes de Taïwan se comportent différemment. Ils se lient très étroitement au carbone continental de Taïwan, transporter la matière organique rapidement et efficacement dans la mer.
« La façon dont le carbone provenant des masses continentales est transféré vers les océans du monde et y est stocké dépend en fin de compte du type de minéral argileux. Ces minéraux affectent le transfert à grande échelle du carbone organique des continents vers leur puits au fond des océans, ", explique Blattmann.
De nouvelles découvertes soulèvent de nouvelles questions
"Les phyllosilicates jouent un rôle plus important dans le cycle global du carbone que nous ne le pensions auparavant, " dit Tim Eglinton, professeur à l'Institut géologique de l'ETH Zurich. Plus leur surface spécifique est grande, plus la quantité de matière organique qu'ils peuvent absorber est importante et, par conséquent, plus le volume de carbone qu'ils peuvent séquestrer au fond de l'océan est élevé. "Toutefois, ce n'est pas quelque chose que nous pouvons quantifier, car nous commençons à peine à comprendre le comportement spécifique de ces différents minéraux argileux. Il nous faudra beaucoup de recherches supplémentaires pour arriver à des conclusions concernant les vastes étendues des océans du monde. »
