L'océan Austral a joué un rôle essentiel dans l'augmentation rapide du dioxyde de carbone atmosphérique lors de la dernière déglaciation qui a eu lieu 20, 000 à 10, il y a 000 ans, selon un nouveau rapport du géochimiste du Boston College Xingchen (Tony) Wang et d'une équipe internationale dans l'édition en ligne de Avancées scientifiques .

Dans cette nouvelle étude, Wang et ses coauteurs ont analysé des fossiles de coraux des grands fonds de 20, 000 à 10, il y a 000 ans, lorsque le dioxyde de carbone atmosphérique était à la hausse.

En examinant les signatures chimiques de l'azote et du carbone dans les fossiles de coraux, les chercheurs ont révélé que la séquestration du carbone océanique diminuait car le phytoplancton ne parvenait pas à dévorer les macronutriments fournis par les courants ascendants dans l'océan Austral et à piéger le dioxyde de carbone dans les profondeurs de l'océan.

Alors que les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone augmentent en raison des activités humaines - dominées par la consommation de combustibles fossiles - les résultats soulèvent des questions sur la capacité de l'océan à absorber le dioxyde de carbone anthropique et les conséquences environnementales, y compris le réchauffement climatique, élévation du niveau de la mer, et des feux de forêt plus fréquents, selon Wang.

Pour tout le dioxyde de carbone émis par les activités humaines depuis la révolution industrielle, environ 50 pour cent sont restés dans l'atmosphère, avec environ un quart absorbé par l'océan et environ 25 pour cent séquestré par l'écosystème terrestre. Pour mieux prédire le devenir du dioxyde de carbone anthropique à l'avenir, Wang et ses collaborateurs ont examiné les variations passées du dioxyde de carbone atmosphérique avant toute activité humaine significative, à partir de 20, 000 à 10, Il y a 000 ans, lorsque la Terre sortait de la dernière période glaciaire.

"Une meilleure compréhension des variations du dioxyde de carbone dans le passé fournit des informations importantes sur le devenir du dioxyde de carbone anthropique à l'avenir, " dit Wang, professeur adjoint au Département des sciences de la Terre et de l'environnement.

En étudiant les bulles d'air emprisonnées dans la glace ancienne de l'Antarctique, les scientifiques ont appris que la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère pendant les périodes glaciaires était d'environ 30 pour cent inférieure au niveau préindustriel. Ce niveau inférieur de dioxyde de carbone a encouragé la croissance de grandes calottes glaciaires en Amérique du Nord et a refroidi la Terre glaciaire. Cependant, il y a eu de vifs débats sur les raisons pour lesquelles la concentration de dioxyde de carbone était plus faible pendant les périodes glaciaires. Dans une étude précédente dirigée par Wang, il a trouvé des preuves solides suggérant que l'océan Austral était en grande partie responsable des plus faibles concentrations de dioxyde de carbone au cours des périodes glaciaires.

Croissance du phytoplancton dans l'océan, soutenu par les macronutriments azote et phosphore, assimile le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le transforme en carbone organique. Lorsque ces organismes meurent, leur biomasse s'enfonce dans les profondeurs de l'océan et se décompose à nouveau en dioxyde de carbone. Ce processus, appelée "pompe biologique", transfère le dioxyde de carbone de l'atmosphère et de la surface de l'océan dans l'obscurité, océan profond. Dans la plupart des régions de l'océan moderne, le phytoplancton consomme tous les nutriments fournis à l'océan ensoleillé et la "pompe biologique" atteint son efficacité maximale. Cependant, dans l'océan Austral, la croissance du phytoplancton est limitée par l'apport du fer nutritif clé, ainsi que la lumière du soleil. Par conséquent, de grandes quantités d'azote et de phosphore restent dans cette région océanique, représentant une occasion manquée pour la séquestration du dioxyde de carbone atmosphérique.

En analysant la composition isotopique de l'azote dans les fossiles de coraux des grands fonds, Wang a découvert que la pompe biologique dans l'océan Austral était plus efficace au cours de la dernière période glaciaire, séquestrant plus de dioxyde de carbone de l'atmosphère et réduisant ainsi la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique.

L'azote a deux isotopes stables, Azote-14 et Azote-15, avec l'azote-15 représentant environ 0,4 pour cent du total des atomes d'azote dans la nature. Les petites variations dans les rapports de l'azote-15 à l'azote-14 dans les échantillons naturels contiennent des informations utiles sur le cycle de l'azote dans l'océan. Par exemple, lorsque le phytoplancton assimile l'azote pour construire sa biomasse, ils préfèrent l'azote-14 à l'azote-15, laissant derrière lui de l'azote enrichi en azote-15.

Wang a déjà développé une méthode très sensible et précise pour mesurer les rapports des isotopes d'azote dans le squelette du corail avec un spectromètre de masse. Cette capacité lui a permis de mesurer la composition isotopique de l'azote dans les fossiles de coraux des grands fonds de l'océan Austral.

"Les coraux des grands fonds sont de merveilleuses archives pour étudier l'histoire de l'océan. Vous pouvez les trouver dans beaucoup d'endroits dans l'océan profond. Et leurs âges peuvent être connus très précisément en utilisant des méthodes de datation radiométrique, " a déclaré Tao Li de l'Université de Nanjing, premier auteur de la nouvelle étude, intitulé « Modifications rapides de la circulation et de la biogéochimie de l'océan Austral pendant les événements du cycle du carbone déglaciaire ».

Dans cette nouvelle étude, Wang et ses coauteurs se sont concentrés sur des fossiles de coraux d'eau profonde bien datés de 20, 000 à 10, il y a 000 ans, lorsque le dioxyde de carbone atmosphérique augmentait du niveau de l'ère glaciaire au niveau préindustriel. L'âge précis des fossiles de coraux d'eau profonde a permis de comparer directement les changements dans l'océan Austral avec le record de dioxyde de carbone des carottes de glace en Antarctique.

« Si vous regardez attentivement le bilan du dioxyde de carbone pendant la déglaciation, vous verrez qu'il y a quelques sauts soudains, " a déclaré Wang. " Chacun de ces sauts est une augmentation de 10 à 15 parties par million de dioxyde de carbone sur 100 à 200 ans. C'est assez rapide mais nous n'avons pas très bien compris pourquoi ces sauts se sont produits."

Les nouvelles données des fossiles de coraux des grands fonds, y compris les isotopes de l'azote et le radiocarbone, suggèrent que l'océan Austral était également la principale cause de ces sauts rapides de dioxyde de carbone 20, 000-10, il y a 000 ans. Lorsque ces changements rapides de dioxyde de carbone se sont produits, la pompe biologique dans l'océan Austral était moins efficace et la ventilation de l'océan Austral était plus rapide, l'étude a trouvé.

"Toutefois, il est à noter que l'augmentation anthropique actuelle du dioxyde de carbone est au moins 10 fois plus rapide que ces sauts naturels rapides de dioxyde de carbone lors de la dernière déglaciation. Nous changeons notre planète à un rythme sans précédent, " dit Wang.

Wang a déclaré qu'il prévoyait de poursuivre ses recherches sur les variations passées du dioxyde de carbone atmosphérique en utilisant des coraux d'eau profonde.

"C'est très excitant de collecter des coraux des grands fonds à l'aide de véhicules télécommandés, ", a déclaré Wang. "Nous prévoyons d'aller à la marge du Brésil pour la prochaine phase de nos recherches."