Une analyse des carottes de sédiments de la mer de Béring a révélé une relation récurrente entre des climats plus chauds et des épisodes abrupts de "zones mortes" à faible teneur en oxygène dans l'océan Pacifique Nord subarctique au cours des 1,2 million d'années écoulées.

La nouvelle étude, dirigé par des chercheurs de l'UC Santa Cruz, a été publié le 2 juin dans Avancées scientifiques . Les résultats fournissent des informations cruciales pour comprendre les causes d'un manque d'oxygène ou « hypoxie » dans le Pacifique Nord et pour prédire l'apparition de conditions hypoxiques à l'avenir.

"Il est essentiel de comprendre si le changement climatique pousse les océans vers un "point de basculement" pour une hypoxie brutale et sévère qui détruirait les écosystèmes, sources de nourriture, et les économies, " a déclaré la première auteure Karla Knudson, qui a dirigé l'étude en tant qu'étudiant diplômé en sciences de la Terre à l'UCSC.

Les chercheurs ont basé leurs conclusions sur une analyse de carottes de sédiments profonds provenant d'un site de la mer de Béring. Sur de longues périodes, les sédiments se déposent et s'accumulent sur le fond marin. L'activité des organismes vivant dans les sédiments du fond marin les perturbe généralement et les mélange au fur et à mesure qu'ils s'accumulent, mais si l'hypoxie a tué ces organismes, un motif ordonné de couches est préservé. Ainsi, les scientifiques peuvent trouver un enregistrement des événements hypoxiques passés sous la forme de ces sédiments en couches ou « laminés » dans des carottes forées à partir du fond marin.

Les scientifiques connaissent depuis longtemps un épisode majeur d'hypoxie généralisée dans le Pacifique Nord à la fin de la dernière période glaciaire, lorsque la fonte des calottes glaciaires a envoyé un afflux massif d'eau douce dans l'océan. La nouvelle étude fournit les premiers enregistrements d'événements antérieurs à faible teneur en oxygène, et montre que l'occurrence la plus récente n'était pas représentative de la plupart de ces événements en termes de mécanismes ou de calendrier.

"Il ne faut pas une énorme perturbation comme la fonte des calottes glaciaires pour que cela se produise, " a déclaré l'auteur correspondant Ana Christina Ravelo, professeur de sciences océaniques à l'UC Santa Cruz. "Ces événements hypoxiques abrupts sont en fait courants dans les archives géologiques, et ils ne sont généralement pas associés à la déglaciation. Ils se produisent presque toujours pendant les périodes interglaciaires chaudes, comme celui dans lequel nous sommes maintenant."

L'hypoxie se produit après une croissance intense du phytoplancton (algues marines) dans les eaux de surface. Quand le phytoplancton meurt, ils s'enfoncent plus profondément dans l'océan et se décomposent, qui épuise l'oxygène et libère du dioxyde de carbone dans l'eau sous la surface. Qu'est-ce qui déclenche ces événements, cependant, reste pas clair. le réchauffement des océans, hauts niveaux de la mer, et la disponibilité du fer (un facteur limitant pour la croissance du phytoplancton) semblent tous jouer un rôle.

« Notre étude montre que le niveau élevé de la mer, qui se produisent pendant les climats interglaciaires chauds, contribué à ces événements hypoxiques, " a déclaré Knudson. " Pendant le niveau élevé de la mer, le fer dissous des plateaux continentaux inondés peut être transféré vers l'océan ouvert et favoriser une croissance intense du phytoplancton dans les eaux de surface."

Bien que le niveau élevé de la mer soit une condition de fond importante, il ne suffit pas de déclencher à lui seul un événement hypoxique. Modifications de la circulation océanique, y compris l'intensification des remontées d'eau pour apporter plus de nutriments dans les eaux de surface et des courants plus forts qui pourraient transférer le fer du plateau continental vers l'océan ouvert, peut jouer un rôle essentiel, dit Knudson.

Actuellement, des zones mortes régionales se produisent dans les zones côtières du monde entier en raison des effets du réchauffement climatique sur la température, ainsi que l'enrichissement en éléments nutritifs des eaux côtières à partir d'engrais agricoles. Mais même la zone morte massive à l'embouchure du fleuve Mississippi est pâle par rapport à l'hypoxie généralisée qui s'est produite dans tout l'océan Pacifique Nord à la fin de la dernière période glaciaire.

Étant donné que la nouvelle étude est basée sur des carottes de sédiments provenant d'un seul site, les chercheurs ne connaissent pas l'étendue des zones mortes qu'il enregistre, si elles étaient confinées à la mer de Béring ou s'étendaient sur le pourtour du Pacifique Nord comme l'événement le plus récent l'a fait.

"Nous ne savons pas à quel point ils étaient étendus, mais nous savons qu'elles ont été très intenses et ont duré plus longtemps que l'événement de déglaciation si bien étudié, " dit Ravelo, qui était co-scientifique en chef de l'expédition 323 du programme intégré de forage océanique, qui a récupéré les carottes de la mer de Béring en 2009.

Knudson a déclaré que les carottes enregistrent plusieurs événements au cours de chaque période interglaciaire tout au long du Pléistocène, avec des transitions abruptes où des sédiments stratifiés apparaissent et disparaissent dans le noyau.

Les nouvelles découvertes soulèvent des inquiétudes quant à savoir si le changement climatique et le réchauffement des océans conduiront à un point de basculement qui déclencherait une hypoxie généralisée dans l'océan Pacifique Nord.

"Le système est préparé pour ce type d'événement qui se produit, " a déclaré Ravelo. "Nous devons savoir à quel point ils étaient étendus, et nous devons repenser comment ces événements sont déclenchés, parce que nous savons maintenant qu'il ne faut pas une énorme perturbation. Cette étude ouvre la voie à de nombreux travaux de suivi. »