Nouvelle recherche menée par Zhangxian Ouyang, doctorant à l'Université du Delaware et l'océanographe Wei-Jun Cai, et une équipe internationale de chercheurs, démontre que le réchauffement rapide et la perte de glace de mer ont induit des changements majeurs dans l'ouest de l'océan Arctique.

Les conclusions de l'équipe de recherche, publiées lundi, 15 juin à Nature Changement Climatique —montrer que la capacité de l'océan Arctique à éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère peut varier considérablement selon l'emplacement.

La perte de glace de mer dans l'océan Arctique est une conséquence critique du changement climatique. Alors que la banquise continue de fondre dans l'ouest de l'océan Arctique, plus d'eau douce pénètre dans la partie supérieure de l'eau dans le bassin Canada, qui se trouve au large des côtes de l'Alaska et du Canada, au sud de la plate-forme Chukchi.

Ce cycle de fonte estivale exacerbe les changements saisonniers et augmente la quantité de dioxyde de carbone présente dans la couche supérieure de l'eau, qui comprend les 70 pieds supérieurs de la colonne d'eau. Cela réduit la capacité du bassin à éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère.

Pensée dominante, sur la base de mesures de données sous la glace et dans les zones de marge océanique nouvellement fondues dans les années 1990 et au début des années 2000, avait suggéré que la fonte des glaces permettrait à l'océan Arctique d'extraire de grandes quantités de dioxyde de carbone de l'atmosphère, agissant comme un puits de carbone et contribuant à atténuer les gaz à effet de serre. Cependant, ce n'est peut-être pas le cas partout, en particulier dans le bassin Canada où le recul des glaces estivales a progressé dans le bassin profond depuis 2007.

Les derniers résultats de l'équipe de recherche sont basés sur une analyse de plus de 20 ans d'ensembles de données mondiales collectées entre 1994 et 2017 par des chercheurs à travers les États-Unis, Chine, Japon et Canada. Ils fournissent une description plus précise de ce qui se passe dans cette région et s'appuient sur les travaux antérieurs de Cai de 2010, qui a indiqué que les niveaux de dioxyde de carbone à la surface de la mer augmentent rapidement et de manière inattendue vers les niveaux trouvés dans l'atmosphère dans les bassins de l'océan Arctique nouvellement libres de glace.

Par exemple, les travaux de l'équipe de recherche ont montré qu'à mesure que la glace se brise et fond dans le bassin Canada, cette eau de fonte repose sur la surface de la mer, créant une sorte de "couverture" qui inhibe la capacité de l'océan à absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère dans l'océan profond et à l'y stocker. L'équipe de Cai qualifie ce phénomène de "nouvelle normalité" créée par le réchauffement saisonnier extrême et l'eau de fonte dans la région.

"Comme le dioxyde de carbone s'accumule dans la couche superficielle de l'eau à cause de la fonte des glaces, la quantité de dioxyde de carbone que cette zone de l'océan Arctique peut retirer de l'atmosphère continuera de diminuer, " dit Caï, le Mary A.S. Professeur Lighthipe au Collège de la Terre, Océan et environnement. "Nous prévoyons d'ici 2030, la capacité du bassin Canada à servir de puits de carbone sera vraiment minime. »

En outre, cette augmentation rapide de la teneur en dioxyde de carbone dans le bassin peut avoir rapidement acidifié les eaux de surface, un processus qui peut mettre en danger les organismes marins calcifiants et perturber le fonctionnement de l'écosystème là-bas.

En contraste frappant, plus au sud dans la mer des Tchouktches peu profonde, la quantité de dioxyde de carbone dans la couche supérieure de l'eau reste très faible, beaucoup plus bas que ce qui est présent dans l'atmosphère. Cela signifie que lorsque l'air passe à la surface de l'eau, la mer peut absorber plus rapidement le dioxyde de carbone de l'air.

Les chercheurs suggèrent que cette différence est le résultat d'une production biologique élevée dans la mer des Tchouktches en raison des nutriments riches qui y sont transportés par les courants venant de l'océan Pacifique depuis l'ouverture du détroit de Béring en raison de la perte de glace plus tôt. Ces nutriments permettent une croissance abondante du phytoplancton et d'autres organismes marins qui forment la base du réseau trophique marin et alimentent l'écosystème au sens large. Le phytoplancton consomme également du dioxyde de carbone dissous dans l'eau lors de la photosynthèse, permettant de prélever plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère environnante.

L'équipe de recherche soupçonne que la mer des Tchouktches deviendra un puits de carbone plus important à l'avenir et aura un impact sur le cycle et l'écosystème du carbone des océans profonds, tandis que le bassin Canada le restera probablement moins alors que la glace de mer dans la région continue de fondre et de modifier la chimie de l'eau.

Selon Lisa Robbins, un scientifique senior à la retraite du United States Geological Survey (USGS) et co-auteur de l'article, ces changements pourraient avoir des implications importantes pour les organismes de l'Arctique. Par exemple, La morue polaire est une pêche importante dans l'ouest de l'Arctique qui contribue à l'économie globale de la région et joue un rôle important dans le réseau trophique marin en tant que source de nourriture pour d'autres organismes, comme les bélugas et les phoques annelés. Les biologistes ont noté qu'à mesure que la température et la fonte des glaces marines augmentaient, La morue franche réagit en se déplaçant plus au nord. La modification de la chimie de l'eau peut également jouer un rôle, dit Robbins, qui a dirigé trois expéditions pour étudier la chimie de l'eau de la région dans l'Arctique à bord du brise-glace américain R/V Healy alors qu'il était avec l'USGS.

Ensembles de données à long terme, tels que ceux utilisés dans cette étude, sont essentiels pour comprendre et prévoir les changements futurs dans l'Arctique.

"La quantité d'informations que nous obtenons de ces ensembles de données sur le fonctionnement de notre océan-terre est énorme. Si les scientifiques n'avaient pas collecté de données en 1994, nous n'aurions pas d'endroit pour commencer et comparer avec, " dit Robbins, maintenant professeur de courtoisie au College of Marine Science de l'Université de Floride du Sud.

Un article de 2019 du magazine Wired a révélé que dans le nord du Canada, près du Groenland, l'eau de fonte glaciaire semble aider les bassins versants à absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Bien qu'il ne puisse pas à lui seul contrebalancer la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère due aux émissions de carbone, c'est une illustration importante du fait que les changements ne sont pas uniformes et que les effets ultérieurs, positifs et négatifs, sont le résultat d'une combinaison complexe de multiples facteurs différents. Des recherches plus poussées et des efforts de collaboration plus internationaux peuvent aider à répondre à des questions difficiles sans réponse.

À mesure que la perte de glace de mer s'accélère, les chercheurs s'attendent à ce que ces variations saisonnières fassent en sorte que l'eau de l'océan dans le bassin Canada ait des niveaux élevés de dioxyde de carbone et devienne de plus en plus acide. Cela réduira davantage la capacité du bassin à absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère et réduira potentiellement sa capacité à atténuer le changement climatique.

Bien que ce problème puisse sembler très éloigné du Delaware, il est important de se rappeler que l'océan est un système global avec des courants de circulation qui transportent l'eau dans le monde entier, même jusqu'à l'océan Atlantique sur la côte est. Et les gaz à effet de serre sont un problème mondial.

Comprendre à quel point la fonte des glaces est fondamentalement importante pour la chimie des carbonates et les changements saisonniers du dioxyde de carbone dans cette région de l'océan Arctique aidera à faire avancer la science dans ce domaine, peut-être pas tout de suite mais sur le long terme, dit Caï.

"Nous essayons de comprendre les processus à l'œuvre et si l'océan Arctique continuera d'être un grand puits de carbone, tout en fournissant des données qui peuvent aider les modélisateurs des systèmes terrestres à prédire les changements globaux du cycle du carbone, et la biologie de l'océan et la chimie de l'eau, " dit Cai.