Les zones côtières et les marges continentales en particulier sont des limites très actives pour les changements de l'eau de mer par rapport à certains rapports élémentaires. Crédit :Fernando Jorge
Les rapports de composition d'éléments tels que le magnésium, le calcium ou le strontium dans l'eau de mer sont un moyen important pour la reconstruction des processus océaniques passés. Jusqu'à présent, on a supposé que ces rapports étaient constants sur de longues périodes de temps et sur de vastes zones. Cependant, une étude menée par l'Université de Kiel (CAU) et le Centre GEOMAR Helmholtz pour la recherche océanique de Kiel montre que les ratios d'éléments importants dans les océans d'aujourd'hui sont beaucoup plus variables qu'on ne le pensait auparavant. Cette découverte soulève également des questions sur la reconstruction de l'histoire des océans. L'étude a été publiée hier dans la revue internationale Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).
Afin de comprendre les changements actuels du système océanique et de pouvoir prédire les changements futurs, un regard dans le passé pourrait aider. Mais les données de mesure directe de la composition de l'eau de mer remontent à peine à 150 ans. Pour obtenir des informations sur des temps plus anciens, les scientifiques utilisent des archives naturelles qui nous donnent indirectement un aperçu des processus dans les océans à cette époque. Détermination des proportions de certains éléments dans l'eau de mer, par exemple du magnésium au calcium ou du strontium au calcium, est un outil important dans ce contexte. Ces rapports sont "gelés" dans les squelettes carbonatés d'organismes tels que les foraminifères ou les coraux et permettent ensuite de tirer des conclusions importantes sur les températures de l'eau de mer et d'autres conditions environnementales dans le passé.
Jusqu'à maintenant, il a été émis l'hypothèse que ces rapports élémentaires dans les océans sont relativement constants et qu'ils ne changent que très lentement sur des millions d'années. Maintenant, une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Kiel (CAU) et le GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel sous l'égide du Future Ocean Network a revérifié cette hypothèse dans une étude approfondie. "Nous avons constaté que la variabilité des rapports magnésium/calcium et strontium/calcium dans les eaux océaniques d'aujourd'hui peut varier considérablement d'un écosystème à l'autre. Étant donné qu'une composition largement uniforme était auparavant supposée dans tout l'océan, la question se pose de savoir si un effet environnemental a été négligé, " dit le Dr Mario Lebrato, qui a lancé l'étude alors qu'il travaillait à l'Institut des géosciences de la CAU.
La marge terre-océan est une zone active de transfert d'éléments chimiques, en particulier, particules éoliennes, ainsi que les masses d'eau influencées par l'action des marées et les apports fluviaux. Dans ce cas, la terre-océan de l'archipel de Bazaruto, dans l'océan Indien, est un système complexe comprenant des dunes de sable, Océan ouvert, récifs coralliens, et prairies sous-marines, qui ajoutent de la complexité aux ratios mesurés dans les masses d'eau de la marge continentale. Crédit :Mario Lebrato
Un appareil utilisé pour recueillir l'eau profonde, appelé une rosette CTD, en cours de déploiement pour collecter des échantillons d'eau profonde de l'océan Atlantique dans le cadre de l'étude des séries chronologiques de l'Atlantique des Bermudes (BATS). Crédit :Mario Lebrato
Pour l'étude, des scientifiques de plus de dix pays ont collecté puis analysé 1 100 échantillons dans 14 écosystèmes différents, de la surface de l'eau à 6 000 mètres de profondeur lors de 79 expéditions maritimes dans le monde entier sur une période de neuf ans. Les résultats sont pertinents à la fois pour la reconstruction de l'histoire des océans et pour la compréhension des processus biogéochimiques actuels.
"Pour la reconstruction des températures de l'eau de mer à des époques antérieures de l'histoire de la Terre, des rapports élémentaires bien définis et constants dans l'eau de mer ont été supposés jusqu'à présent. Dans notre laboratoire, nous avons développé des protocoles analytiques spéciaux pour déterminer ces rapports avec de très faibles incertitudes. Nos nouvelles données de haute précision montrent maintenant que cette hypothèse n'est pas toujours correcte, " déclare le co-auteur Dr Dieter Garbe-Schönberg, chef des laboratoires de géochimie des éléments traces à l'Institut des géosciences de la CAU.
Ce graphique affiche les données des rapports d'éléments dans les 250 mètres supérieurs de l'océan. Les couleurs montrent la variété de ces rapports. Crédit :Mario Lebrato
"Il est passionnant de voir de telles différences spatiales dans les rapports élémentaires dans l'océan moderne. Ces résultats sont difficiles à comparer avec nos idées actuelles de transport et de mélange des masses d'eau et, donc, présenter un défi pour les modélisateurs océaniques de concilier ces modèles avec ce que nous savons de la physique des océans et des puits et sources de ces éléments chimiques, " ajoute le Prof. Dr. Andreas Oschlies, chef du département de modélisation biogéochimique de GEOMAR et également co-auteur de l'étude.
Les chercheurs doivent maintenant comprendre ce qui cause la variabilité actuelle des rapports élémentaires et quels en sont les effets. "Si nous avons une compréhension approfondie des mécanismes sous-jacents, nous pourrons mieux utiliser les ratios élémentaires pour différentes disciplines et questions scientifiques marines, " souligne le Dr Lebrato, qui travaille maintenant au Centre d'Etudes Scientifiques Bazaruto à Mosambique, dans une perspective d'avenir. Ceci est particulièrement pertinent pour les régions marines proches de la côte et dans les hautes latitudes des régions subpolaires. Ici, les méthodes utilisées pour reconstituer les températures océaniques dans le passé doivent être corrigées par rapport aux écosystèmes régionaux.
