"Le grand mystère du plancton est ce qui contrôle sa distribution et son abondance, et quelles conditions conduisent à de grandes proliférations de plancton, " a déclaré Dennis McGillicuddy, Scientifique principal et directeur de département en physique et ingénierie océaniques appliquées à la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).

Deux nouveaux articles explorent cette question et fournissent des exemples de conditions qui conduisent à des proliférations massives de plancton avec des impacts potentiels très différents sur l'écosystème, selon McGillicuddy, co-auteur des deux articles. Les deux articles soulignent également l'importance d'utiliser une technologie de pointe, notamment des enregistreurs vidéo de plancton, véhicules sous-marins autonomes, et le Coastal Pioneer Array de l'Ocean Observatories Initiative—pour trouver et surveiller ces proliférations.

Dans un papier, "Points chauds de diatomées entraînés par l'instabilité du courant frontalier occidental, " Publié dans Lettres de recherche géophysique (GRL) , les scientifiques ont découvert des efflorescences de points chauds de subsurface étonnamment productives de phytoplancton de diatomées.

Dans le GRL papier, les chercheurs ont étudié la dynamique contrôlant la productivité primaire dans une région du Mid-Atlantic Bight (MAB), l'un des écosystèmes marins les plus productifs au monde. En 2019, ils ont observé des points chauds de diatomées inattendus dans la région de pente de la zone euphotique de la baie, la couche océanique qui reçoit suffisamment de lumière pour que la photosynthèse se produise. Le phytoplancton est un micro-organisme photosynthétique qui est à la base du réseau trophique aquatique.

Il était surprenant pour les chercheurs que les points chauds se soient produits dans des eaux à haute salinité provenant du Gulf Stream. « Bien que ces intrusions d'eau du Gulf Stream à faible teneur en éléments nutritifs aient été considérées comme susceptibles de diminuer la productivité biologique, nous présentons des preuves d'une prolifération de diatomées subsuperficielle inattendue résultant de l'intrusion directe d'un méandre du Gulf Stream vers le plateau continental, " notent les auteurs. Ils émettent l'hypothèse que les points chauds n'étaient pas alimentés par les eaux de surface du Gulf Stream, qui est généralement pauvre en nutriments et en chlorophylle, mais plutôt que les points chauds ont été alimentés par des nutriments remontés dans la zone de lumière solaire à partir des eaux plus profondes du Gulf Stream.

Avec la stabilité changeante du Gulf Stream, les intrusions du Gulf Stream étaient devenues plus fréquentes au cours des dernières décennies, selon les chercheurs. "Ces résultats suggèrent que la modification de la circulation à grande échelle a des conséquences sur la productivité régionale qui ne sont pas détectables par les satellites en raison de leur apparition bien sous la surface, ", notent les auteurs.

« Dans ce cas particulier, le changement climatique a entraîné une augmentation de la productivité dans cette région particulière, grâce à une interaction subtile et quelque peu inattendue entre la physique et la biologie de l'océan. Cette même dynamique n'est pas nécessairement valable ailleurs dans l'océan, et il est fort probable que d'autres zones de l'océan deviendront moins productives avec le temps. C'est très préoccupant, " a déclaré McGillicuddy. " Il va y avoir des différences régionales dans la façon dont l'océan réagit au changement climatique. Et la société doit pouvoir gérer intelligemment dans une perspective régionale, pas seulement dans une perspective mondiale."

Les résultats de la recherche ont démontré « un l'impact biologique contre-intuitif de cette circulation changeante à grande échelle, " dit le GRL auteur principal de l'article, Hilde Olivier, un chercheur postdoctoral en physique et ingénierie océaniques appliquées à WHOI. Elle se souvient avoir regardé les données de l'instrument entrer. Avec des valeurs estivales typiques d'environ 1 à 1,5 microgramme de chlorophylle par litre d'eau de mer, les chercheurs ont enregistré "des concentrations inouïes de chlorophylle dans cette région en été, " jusqu'à 12 ou 13 microgrammes par litre, dit Olivier.

Olivier, dont le doctorat axé sur la modélisation, a déclaré que la croisière l'avait aidée à examiner les proliférations de phytoplancton d'un point de vue plus que théorique. "Aller dans l'océan et voir comment la physique de l'océan peut manifester ces fleurs dans le monde réel m'a ouvert les yeux, " elle a dit.

Un autre papier, « Une Régionale, Floraison précoce du printemps de Phaeocystis pocketetii sur le plateau continental de la Nouvelle-Angleterre, " publié dans le Journal of Geophysical Research :Océans (JGR :Océans) , était aussi l'ouverture des yeux. Des chercheurs enquêtant sur la dynamique biologique du plateau continental de la Nouvelle-Angleterre en 2018 ont découvert une énorme prolifération du phytoplancton haptophyte Phaeocystis pocketetii.

Cependant, contrairement aux hotspots de diatomées décrits dans le GRL papier, Phaeocystis est « désagréable pour de nombreux organismes différents et perturbe l'ensemble du réseau trophique, " a déclaré Walker Smith, professeur à la retraite au Virginia Institute of Marine Science William et Mary, qui est l'auteur principal de la JGR :Océans papier. Le phytoplancton forme des colonies gélatineuses de quelques millimètres de diamètre.

Quand Phaeocystis fleurit, il utilise des nutriments comme n'importe quelle autre forme de phytoplancton. Cependant, contrairement aux diatomées notées dans le GRL papier, Phaeocystis convertit la biomasse en quelque chose qui n'a pas tendance à passer dans le reste de la chaîne alimentaire, dit McGillicuddy.

"La compréhension des interactions physico-biologiques dans le système côtier fournit une base pour prédire ces proliférations d'algues potentiellement nocives et peut conduire à une meilleure prédiction de leurs impacts sur les systèmes côtiers, ", ont déclaré les auteurs.

Des proliférations massives du stade colonial de cette espèce et d'espèces similaires ont été signalées dans de nombreux systèmes dans différentes parties du monde, que Smith a étudié. Ces types de proliférations se produisent probablement environ tous les trois ans sur le plateau continental de la Nouvelle-Angleterre et ont probablement un impact assez fort sur les eaux de la Nouvelle-Angleterre, réseaux trophiques, et la pêche, dit Smith. Les gestionnaires côtiers doivent être informés de ces efflorescences car elles peuvent avoir des impacts économiques sur l'aquaculture dans les zones côtières, il a dit.

"Malgré le fait que le Mid-Atlantic Bight a été bien étudié et largement échantillonné, il se passe des choses que nous n'apprécions toujours pas vraiment, " a déclaré Smith. " Un exemple sont ces fleurs de Phaeocystis qui sont profondément dans l'eau et que vous ne verrez jamais à moins d'être là parce que les satellites ne peuvent pas les montrer. Donc, plus on regarde, plus nous en saurons."