Sans oxygène dissous pour nourrir les animaux ou les plantes, Les zones anoxiques océaniques sont des zones où seuls les microbes adaptés à l'environnement peuvent vivre.

"Vous n'obtenez pas de gros poissons, " a déclaré Morgan Raven, biogéochimiste de l'UC Santa Barbara. " Vous n'obtenez même pas de zooplancton charismatique. " Mais bien que les océans anoxiques puissent sembler étrangers à des organismes comme nous qui respirent de l'oxygène, ils sont pleins de vie, elle a dit.

Ces étranges écosystèmes s'étendent, grâce au changement climatique, un développement qui préoccupe les pêcheries et tous ceux qui dépendent des océans riches en oxygène. Mais ce qui pique l'intérêt de Raven, c'est la chimie changeante des océans - le plus grand puits de carbone de la Terre - et la façon dont il pourrait déplacer le carbone de l'atmosphère vers des réservoirs à long terme comme les roches.

« Qu'arrive-t-il à notre cycle du carbone lorsque nous obtenons ces vastes zones de l'océan sans oxygène ? » elle a dit. Cette question était au cœur des recherches menées par Raven et ses collègues Rick Keil (Université de Washington) et Samuel Webb (Stanford Linear Accelerator Laboratory) dans un article publié dans la revue Science .

'Une roue qui tourne'

Dans les océans riches en oxygène, le carbone est déplacé en grande partie par les processus du réseau trophique qui commencent par le phytoplancton fixateur de dioxyde de carbone qui effectue la photosynthèse à la surface de l'eau.

"La plupart du temps, ils sont simplement mangés par le zooplancton, " dit Raven. Mais s'ils ne sont pas mangés par des animaux plus gros, ils se dirigent vers les profondeurs où ils respirent du dioxyde de carbone et excrètent du carbone organique.

"C'est comme un rouet—CO 2 va au plancton, va au CO 2 , " dit Corbeau.

En l'absence de zooplancton et de poissons, cependant, une plus grande partie du carbone organique en train de couler peut survivre et se déposer en profondeur, elle a dit. En réalité, les sédiments sous ces zones anoxiques ont généralement plus de dépôts de carbone organique que leurs homologues riches en oxygène. Mais, selon les chercheurs, nous manquons d'une "compréhension mécaniste complète" de la façon dont cela se produit.

"C'est un peu un mystère, " dit Corbeau.

L'équipe avait un indice sous la forme d'une hypothèse formulée il y a environ une décennie par le géologue de l'Université du Danemark du Sud Don Canfield et ses collègues.

"Ils ont émis cette idée que peut-être à l'intérieur de ces zones, les microbes mangent encore du carbone organique, mais respirant du sulfate, " a déclaré Raven. Appelé "cycle de soufre cryptique, " l'idée était quelque peu difficile à accepter en grande partie parce que les produits de cette réduction microbienne de sulfate (MSR) étaient difficiles à détecter, et parce que d'autres composés dans la région, comme les nitrates, étaient plus énergétiquement favorables à métaboliser.

Cependant, selon l'étude, "Il existe des preuves moléculaires et géochimiques émergentes qui suggèrent que la RSM peut se produire dans (zones pauvres en oxygène) malgré une abondance de nitrate dissous."

Les chercheurs ont testé si ce processus énigmatique pouvait se cacher à l'intérieur de grands (> 1 mm), des particules organiques qui coulent rapidement en collectant des particules de la zone déficiente en oxygène du Pacifique Nord tropical oriental, situé à peu près au large de la côte nord-ouest du Mexique.

"C'est vraiment juste ce polymère, trucs collants, " Raven a dit des agrégations de phytoplancton principalement mort, matière fécale, d'autres petits organismes et des morceaux de sable et d'argile qui se collent ensemble dans une matrice « moelleuse ». La collecte de ces particules est en soi un exploit pour les chercheurs qui peignent les vastes océans pour des quantités relativement petites, particules diffuses.

"Mes collègues de l'Université de Washington avaient ce dispositif de collecte qui était vraiment ce qui permettait de faire ça, ", a-t-elle déclaré. Les particules collectées ont été envoyées à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford pour analyse.

Phytoplancton mariné

Résultats de l'analyse, comme des preuves de la production de soufre organique dans les échantillons, démontrer ce que Raven appelle un "décapage" du phytoplancton mort, alors qu'ils s'enfoncent dans la zone anoxique.

"Le phytoplancton pousse à la surface de l'océan, mais à cause de la gravité, ils coulent, " dit-elle. Alors qu'ils traversent la région anoxique, ces agrégats organiques subissent une sulfuration, ce qui a pour effet de protéger le carbone à leur noyau des enzymes ou d'autres substances qui les useraient autrement.

"Même lorsqu'il atteint les sédiments, les bactéries ne peuvent pas manger ces particules organiques, " a noté Raven. Et tout comme les cornichons que nous connaissons et aimons, le processus de conservation rend la particule organique résistante aux bactéries, elle a dit, ce qui pourrait expliquer pourquoi plus de carbone organique se trouve dans les sédiments sous les zones océaniques anoxiques.

Sulfurisation des particules de carbone organique dans les zones océaniques anoxiques, bien que nouvellement confirmé dans les océans d'aujourd'hui, est en fait un processus ancien, expliqua Raven.

"C'est le même procédé qui peut aussi faire du pétrole, " elle a dit, soulignant que là où se trouvent des gisements de pétrole, donc, trop, est le soufre. Ce processus peut avoir été répandu au cours de la période du Crétacé (il y a 145,5 à 65,5 millions d'années), lorsque la Terre était constamment tropicale et que l'océan était soumis à des événements géologiques et d'extinction massive qui ont entraîné l'enfouissement de quantités massives de carbone, et les eaux anoxiques dans tout l'Atlantique.

"Ce que nous ne savions pas, c'est si cela se produisait également dans ces environnements modernes moins extrêmes, " dit Corbeau.

Il reste à voir comment ces zones croissantes appauvries en oxygène vont interagir avec le changement climatique.

« Potentiellement, à mesure que ces zones s'étendent, il pourrait y avoir une rétroaction négative - plus de CO 2 dans l'atmosphère fait des températures plus élevées, ce qui agrandit ces zones, ", a déclaré Raven. "Ces plus grandes zones piègent alors plus de CO 2 et mettez-le dans les sédiments et les roches. » Cette rétroaction pourrait aider la Terre à équilibrer son cycle du carbone au fil du temps, elle a dit, "mais nous devons savoir comment cela se connecte à tout le reste."