Une nouvelle étude de l'USC met les microbes océaniques sous un nouveau jour avec des implications importantes pour le réchauffement climatique.

L'étude, publié mardi dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , fournit une méthode de comptabilisation universelle pour mesurer comment la matière à base de carbone s'accumule et cycle dans l'océan. Alors que les théories concurrentes ont souvent été débattues, le nouveau cadre de calcul réconcilie les différences et explique comment les océans régulent le carbone organique au fil du temps.

Étonnamment, la majeure partie de l'action impliquant le carbone ne se produit pas dans le ciel mais sous les pieds et sous la mer. Les plantes de la Terre, les océans et la boue stockent cinq fois plus de carbone que l'atmosphère. Il s'accumule dans les arbres et le sol, algues et sédiments, micro-organismes et eau de mer.

"L'océan est un énorme réservoir de carbone avec le potentiel d'atténuer ou d'améliorer le réchauffement climatique, " dit Naomi Levine, auteur principal de l'étude et professeur adjoint au département des sciences biologiques de l'USC Dornsife College of Letters, Arts et Sciences. « Le cycle du carbone est essentiel pour comprendre le climat mondial car il fixe la température, qui à son tour définit les modèles climatiques et météorologiques. En prédisant le fonctionnement du cycle et du stockage du carbone, nous pouvons mieux comprendre comment le climat changera à l'avenir."

Les processus régissant la façon dont la matière organique – la matière végétale et animale en décomposition dans l'environnement, semblable à la matière que les jardiniers ajoutent au sol – s'accumule sont essentiels au cycle du carbone de la Terre. Cependant, les scientifiques n'ont pas de bons outils pour prédire quand et comment la matière organique s'accumule. C'est un problème car une meilleure réconciliation du carbone organique peut éclairer les modèles informatiques qui prévoient le réchauffement climatique et soutiennent les politiques publiques.

Le nouveau cadre de l'USC peut mesurer les augmentations de carbone organique dans l'océan

Dans les années récentes, les scientifiques ont proposé trois théories concurrentes pour expliquer comment la matière organique s'accumule, et chacun a ses limites. Par exemple, une idée est qu'une matière organique est intrinsèquement persistante, semblable à une peau d'orange. Parfois, le carbone est trop dilué pour que les microbes ne puissent pas le localiser et le manger, comme s'ils essayaient de trouver une seule bonbon jaune dans un bocal rempli de blancs. Et parfois, le bon microbe n'est pas au bon endroit au bon moment pour intercepter la matière organique en raison des conditions environnementales.

Bien que chaque théorie explique certaines observations, l'étude de l'USC montre comment ce nouveau cadre peut fournir une image beaucoup plus complète et expliquer la dynamique écologique importante pour l'accumulation de matière organique dans l'océan. La solution a une large utilité.

Par exemple, il peut aider à interpréter les données de n'importe quelle condition dans l'océan. Lorsqu'il est lié à un modèle d'écosystème complet, le cadre tient compte de divers types de microbes, la température de l'eau, nutriments, taux de reproduction, soleil et chaleur, profondeur de l'océan et plus encore. Grâce à sa capacité à représenter diverses conditions environnementales dans le monde entier, le modèle peut prédire comment le carbone organique s'accumulera dans divers scénarios complexes, un outil puissant à un moment où les océans se réchauffent et la Terre change rapidement.

"Prédire pourquoi le carbone organique s'accumule a été un défi non résolu, " dit Emily Zakem, co-auteur de l'étude et chercheur postdoctoral à l'USC Dornsife. "Nous montrons que l'accumulation de carbone peut être prédite à l'aide de ce cadre de calcul."

Évaluer le passé et l'avenir des océans de la Terre

L'outil peut également potentiellement être utilisé pour modéliser les conditions océaniques passées en tant que prédicteur de ce qui pourrait être réservé à la Terre alors que la planète se réchauffe en grande partie en raison des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine.

Spécifiquement, le modèle est capable d'examiner comment les microbes marins peuvent renverser le bilan carbone mondial. L'outil peut montrer comment les microbes traitent la matière organique dans la colonne d'eau au cours d'une année donnée, ainsi qu'à des échelles de temps millénaires. En utilisant cette fonctionnalité, le modèle confirme, comme cela a été prédit précédemment, que les microbes vont consommer plus de matière organique et la restituer sous forme de dioxyde de carbone à mesure que l'océan se réchauffe, ce qui en fin de compte augmentera les concentrations de carbone atmosphérique et augmentera le réchauffement. De plus, l'étude indique que ce phénomène peut se produire rapidement, de manière non linéaire, une fois qu'un seuil est atteint - une explication possible de certains des extrêmes climatiques en sirène qui se sont produits dans le passé lointain de la Terre.

"Cela suggère que les changements climatiques, comme le réchauffement, peut entraîner des changements importants dans les réserves de carbone organique et que nous pouvons maintenant générer des hypothèses sur le moment où cela pourrait se produire, " dit Levine.

Finalement, le document de recherche indique que le nouvel outil peut modéliser la façon dont le carbone se déplace à travers le sol et les sédiments dans l'environnement terrestre, trop, bien que ces applications ne faisaient pas partie de l'étude.