Une étude menée par des chercheurs d'Oldenburg trouve une nouvelle explication à l'accumulation de composés organiques dans les zones marines appauvries en oxygène. L'effet pourrait avoir une rétroaction négative sur le climat à des échelles de temps géologiques.

La mer Noire est un plan d'eau inhabituel :au-dessous d'une profondeur de 150 mètres, la concentration en oxygène dissous tombe à environ zéro, ce qui signifie que les formes de vie supérieures telles que les plantes et les animaux ne peuvent pas exister dans ces zones. À la fois, cette mer semi-fermée emmagasine des quantités relativement importantes de carbone organique. Une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Gonzalo V. Gomez-Saez et le Dr Jutta Niggemann de l'Institut de chimie et de biologie de l'environnement marin (ICBM) de l'Université d'Oldenburg a maintenant présenté une nouvelle hypothèse expliquant pourquoi les composés organiques s'accumulent dans le profondeurs de la mer Noire et d'autres eaux anoxiques (appauvries en oxygène) dans la revue scientifique Avancées scientifiques .

Les chercheurs postulent que les réactions avec le sulfure d'hydrogène jouent un rôle important dans la stabilisation des composés carbonés. "Ce mécanisme contribue apparemment au fait qu'il y a plus de deux fois plus de carbone organique dans les eaux de la mer Noire que dans les zones marines riches en oxygène, ", dit Niggemann. "Cela fournit une rétroaction négative dans le système climatique qui pourrait contrecarrer le réchauffement climatique au cours des périodes géologiques."

Dans la mer Noire, qui couvre une superficie presque deux fois plus grande que la France, des conditions rarement rencontrées dans d'autres régions marines ont prévalu pendant environ 7, 000 ans :une stratification stable empêche en grande partie le mélange des eaux de surface et des eaux profondes. L'eau dans les 150 mètres supérieurs est pauvre en sel et riche en oxygène, et provient principalement de fleuves comme le Danube. En dessous, il y a une couche d'eau salée de plus haute densité qui se jette dans la mer Noire depuis la Méditerranée via le Bosphore. "Lorsque vous ouvrez un échantillon d'eau des zones plus profondes de la mer Noire, l'odeur des œufs pourris vous renverse presque, " dit Niggemann. En surface, cependant, rien n'indique que la mer Noire soit une masse d'eau stagnante dans laquelle, en raison du manque d'oxygène, les bactéries produisent du sulfure d'hydrogène nauséabond.

Le sulfure d'hydrogène réagit avec la matière organique dissoute

Comme le montre la nouvelle étude, cette molécule hautement réactive se lie aux substances d'un groupe diversifié de matières carbonées présentes dans chaque litre d'eau de mer. Ces substances sont connues sous le nom de matière organique dissoute (MOD) – un mélange complexe d'innombrables molécules différentes qui sont le produit de la matière organique décomposée ou de processus métaboliques bactériens. « Nous avons pu montrer très clairement que l'hydrogène sulfuré réagit avec la matière organique extrêmement diluée directement dans l'eau, " explique Niggemann. Les produits de la réaction sont potentiellement plus durables que les matières premières et s'accumulent donc dans l'eau.

L'équipe a comparé des échantillons d'eau provenant de différents endroits de la mer Noire et d'autres mers et rivières. En utilisant diverses méthodes d'analyse, dont le spectromètre de masse à ultra haute résolution du groupe de recherche en géochimie marine de l'université d'Oldenburg, les chercheurs ont pu caractériser en détail la matière organique dissoute. Ils ont découvert que près d'un cinquième des molécules organiques dans les zones anoxiques de la mer Noire contenaient du soufre, bien plus que dans les autres mers. En outre, l'équipe a pu établir qu'une forte proportion de ces composés ne se trouve que dans ces zones, conduisant les chercheurs à conclure que les composés soufrés s'y forment par des réactions chimiques dans l'eau sulfurée.

Rétroaction négative pertinente aux échelles de temps géologiques

Étant donné que d'énormes quantités de carbone sont stockées dans la matière organique dissoute, les océans du monde contiennent à peu près autant de carbone organique dissous qu'il y a de CO 2 dans l'atmosphère terrestre, les résultats de cette nouvelle étude sont également pertinents pour le climat. « Le volume des eaux océaniques complètement appauvries en oxygène a quadruplé entre 1960 et 2010. Par conséquent, ce mécanisme de stockage du carbone basé sur le soufre pourrait influencer la chimie des océans à l'avenir, " dit Gomez-Saez, l'auteur principal de l'étude. Mais cette rétroaction négative est trop faible pour avoir un impact notable sur le changement climatique dans les conditions actuelles, il ajoute. Dans l'histoire géologique, cependant, il y a eu plusieurs périodes au cours desquelles de vastes zones des océans étaient pauvres en oxygène. Pendant ces périodes, cet effet pourrait avoir contribué à l'élimination à long terme du dioxyde de carbone de l'atmosphère.

Les échantillons d'eau de la mer Noire ont été prélevés lors d'une expédition avec le navire de recherche Maria S. Merian. En plus de l'équipe de l'ICBM, chercheurs de l'Institut Alfred Wegener, Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine (AWI) à Bremerhaven, le MARUM—Centre des sciences de l'environnement marin de l'Université de Brême, et l'Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême ont participé à l'étude.