Des scientifiques de l'Université de Stanford ont découvert un changement surprenant dans l'océan Arctique. Floraison explosive de phytoplancton, les minuscules algues à la base d'un réseau trophique surmonté de baleines et d'ours polaires, ont radicalement modifié la capacité de l'Arctique à transformer le carbone atmosphérique en matière vivante. Durant la dernière décennie, la montée subite a remplacé la perte de glace de mer en tant que principal moteur des changements dans l'absorption de dioxyde de carbone par le phytoplancton.

La recherche paraît le 10 juillet dans Science . Auteur principal Kevin Arrigo, professeur à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth), a déclaré que l'influence croissante de la biomasse phytoplanctonique pourrait représenter un "changement de régime significatif" pour l'Arctique, une région qui se réchauffe plus vite que partout ailleurs sur Terre.

L'étude porte sur la production primaire nette (PNP), une mesure de la rapidité avec laquelle les plantes et les algues convertissent la lumière du soleil et le dioxyde de carbone en sucres que d'autres créatures peuvent manger. "Les taux sont vraiment importants en termes de quantité de nourriture pour le reste de l'écosystème, " a déclaré Arrigo. " C'est aussi important parce que c'est l'un des principaux moyens par lesquels le CO 2 est extrait de l'atmosphère et dans l'océan."

Une soupe épaississante

Arrigo et ses collègues ont découvert que les centrales nucléaires dans l'Arctique ont augmenté de 57 % entre 1998 et 2018. Il s'agit d'un bond de productivité sans précédent pour l'ensemble d'un bassin océanique. Plus surprenante est la découverte que si les augmentations des centrales nucléaires étaient initialement liées au retrait de la glace de mer, la productivité a continué d'augmenter même après le ralentissement de la fonte vers 2009. « L'augmentation de la PPN au cours de la dernière décennie est due presque exclusivement à une augmentation récente de la biomasse phytoplanctonique, " dit Arrigo.

En d'autres termes, ces algues microscopiques métabolisaient autrefois plus de carbone dans l'Arctique simplement parce qu'elles gagnaient plus d'eau libre au cours de saisons de croissance plus longues, grâce aux changements climatiques de la couverture de glace. Maintenant, ils sont de plus en plus concentrés, comme une soupe aux algues qui s'épaissit.

« Dans un volume d'eau donné, plus de phytoplancton pouvaient pousser chaque année, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Kate Lewis, qui a travaillé sur la recherche en tant que doctorant. étudiant au département des sciences du système terrestre de Stanford. "C'est la première fois que cela est signalé dans l'océan Arctique."

De nouveaux ravitaillements

Le phytoplancton a besoin de lumière et de nutriments pour se développer. Mais la disponibilité et le mélange de ces ingrédients dans toute la colonne d'eau dépendent de facteurs complexes. Par conséquent, bien que les chercheurs de l'Arctique aient observé une prolifération de phytoplancton au cours des dernières décennies, ils ont débattu de combien de temps le boom pourrait durer et à quelle hauteur il peut monter.

En rassemblant une nouvelle collection massive de mesures de la couleur de l'océan pour l'océan Arctique et en créant de nouveaux algorithmes pour estimer les concentrations de phytoplancton à partir de celles-ci, l'équipe de Stanford a découvert des preuves que l'augmentation continue de la production n'est peut-être plus aussi limitée par la rareté des nutriments qu'on le soupçonnait autrefois. « Il est encore tôt, mais il semble qu'il y ait maintenant un changement vers un plus grand apport en nutriments, " dit Arrigo, le professeur Donald et Donald M. Steel en sciences de la Terre.

Les chercheurs émettent l'hypothèse qu'un nouvel afflux de nutriments provient d'autres océans et remonte des profondeurs de l'Arctique. "Nous savions que l'Arctique avait augmenté sa production au cours des dernières années, mais il semblait possible que le système recyclait simplement la même réserve de nutriments, " Lewis a déclaré. "Notre étude montre que ce n'est pas le cas. Le phytoplancton absorbe plus de carbone année après année à mesure que de nouveaux nutriments pénètrent dans cet océan. C'était inattendu, et cela a de gros impacts écologiques."

Décryptage de l'Arctique

Les chercheurs ont pu extraire ces informations à partir des mesures de la chlorophylle pigmentaire des plantes vertes prises par des capteurs satellites et des croisières de recherche. Mais en raison de l'interaction inhabituelle de la lumière, couleur et vie dans l'Arctique, le travail nécessitait de nouveaux algorithmes. "L'océan Arctique est l'endroit le plus difficile au monde pour faire de la télédétection par satellite, " a expliqué Arrigo. " Les algorithmes qui fonctionnent partout ailleurs dans le monde - qui examinent la couleur de l'océan pour juger de la quantité de phytoplancton qui s'y trouve - ne fonctionnent pas du tout dans l'Arctique. "

La difficulté provient en partie d'un énorme volume d'eau de rivière couleur thé entrante, qui transporte de la matière organique dissoute que des capteurs à distance confondent avec de la chlorophylle. Une complexité supplémentaire vient des manières inhabituelles dont le phytoplancton s'est adapté à la lumière extrêmement faible de l'Arctique. « Lorsque vous utilisez des algorithmes mondiaux de télédétection par satellite dans l'océan Arctique, vous vous retrouvez avec de graves erreurs dans vos estimations, ", a déclaré Lewis.

Pourtant, ces données de télédétection sont essentielles pour comprendre les tendances à long terme à travers un bassin océanique dans l'un des environnements les plus extrêmes du monde, où une seule mesure directe de la centrale nucléaire peut nécessiter 24 heures de travail 24 heures sur 24 par une équipe de scientifiques à bord d'un brise-glace, dit Lewis. Elle a soigneusement organisé des ensembles de mesures de la couleur de l'océan et des centrales nucléaires, puis utilisé la base de données compilée pour créer des algorithmes adaptés aux conditions uniques de l'Arctique. La base de données et les algorithmes sont désormais accessibles au public.

Le travail aide à éclairer comment le changement climatique façonnera la productivité future de l'océan Arctique, l'approvisionnement alimentaire et la capacité d'absorption du carbone. "Il y aura des gagnants et des perdants, " a déclaré Arrigo. " Un Arctique plus productif signifie plus de nourriture pour beaucoup d'animaux. Mais de nombreux animaux qui se sont adaptés pour vivre dans un environnement polaire trouvent la vie plus difficile à mesure que la glace se retire."

La croissance du phytoplancton peut également culminer en décalage avec le reste du réseau trophique, car la glace fond plus tôt dans l'année. Ajoutez à cela la probabilité d'une augmentation du trafic maritime à mesure que les eaux arctiques s'ouvrent, et le fait que l'Arctique est tout simplement trop petit pour réduire en grande partie les émissions mondiales de gaz à effet de serre. "Il absorbe beaucoup plus de carbone qu'avant, " Arrigo dit, "mais ce n'est pas quelque chose sur lequel nous allons pouvoir compter pour nous aider à sortir de notre problème climatique."