Comme le pôle Nord, l'océan Arctique, et les terres arctiques environnantes se réchauffent rapidement, les scientifiques s'empressent de comprendre les effets du réchauffement sur les écosystèmes arctiques. Avec le rétrécissement de la glace de mer, plus de lumière atteint la surface de l'océan Arctique. Certains ont prédit que cela conduirait à plus de plancton, qui à son tour nourrirait les poissons et autres animaux.

Pas si vite, déclare une équipe de scientifiques dirigée par l'Université de Princeton et le Max Planck Institute for Chemistry.

Ils indiquent l'azote, un nutriment vital. Les chercheurs ont utilisé du plancton fossilisé pour étudier l'histoire des sources et des taux d'approvisionnement en azote de l'océan Arctique ouvert occidental et central. Leur travail, détaillé dans un article du dernier numéro de la revue Géosciences de la nature , suggère que dans un régime de réchauffement climatique, ces eaux arctiques ouvertes connaîtront une limitation plus intense de l'azote, susceptible d'empêcher une augmentation de la productivité.

"En regardant l'océan Arctique depuis l'espace, il est difficile de voir l'eau du tout, comme une grande partie de l'océan Arctique est recouverte d'une couche de glace de mer, " a déclaré l'auteur principal Jesse Farmer, un associé de recherche postdoctoral au Département de géosciences de l'Université de Princeton qui est également chercheur postdoctoral invité à l'Institut Max Planck de chimie à Mayence, Allemagne. Cette banquise se dilate naturellement pendant les hivers et se contracte pendant les étés. Au cours des dernières décennies, cependant, le réchauffement climatique a provoqué une baisse rapide de la couverture de glace de mer en été, avec une couverture de glace estivale maintenant environ la moitié de celle de 1979.

Alors que la banquise fond, le plancton photosynthétique qui forme la base des réseaux trophiques arctiques devrait bénéficier de la plus grande disponibilité de lumière. "Mais il y a un hic, " a déclaré Julie Granger, auteure participante, professeur agrégé de sciences marines à l'Université du Connecticut. "Ces plancton ont également besoin de nutriments pour se développer, et les nutriments ne sont abondants que plus profondément dans l'océan Arctique, juste au-delà de la portée du plancton." Que le plancton puisse acquérir ces nutriments dépend de la rigueur avec laquelle l'océan supérieur est "stratifié, " ou séparés en couches. Les 200 mètres supérieurs (660 pieds) de l'océan se composent de couches d'eau distinctes avec des densités différentes, déterminé par leur température et leur salinité.

"Lorsque la partie supérieure de l'océan est fortement stratifiée, avec de l'eau très légère flottant au-dessus d'une eau profonde dense, l'apport de nutriments à la surface ensoleillée est lent, " dit le fermier.

De nouvelles recherches menées par des scientifiques de l'Université de Princeton montrent comment l'approvisionnement en azote de l'Arctique a changé depuis la dernière période glaciaire, qui révèle l'histoire de la stratification de l'océan Arctique. À l'aide de carottes de sédiments de l'océan Arctique occidental et central, les chercheurs ont mesuré la composition isotopique de l'azote organique piégé dans les fossiles calcaires des foraminifères (plancton poussant dans les eaux de surface, puis est mort et a coulé au fond de la mer). Leurs mesures révèlent comment les proportions d'azote dérivé de l'Atlantique et du Pacifique ont changé au fil du temps, tout en suivant les changements dans le degré de limitation de l'azote du plancton à la surface. Ona Underwood de la promotion 2021 était un membre clé de l'équipe de recherche, l'analyse des carottes de sédiments de l'ouest de l'océan Arctique pour son projet junior.

Là où les océans se rencontrent :les eaux du Pacifique flottent au-dessus plus salées, eaux atlantiques plus denses

L'océan Arctique est le lieu de rencontre de deux grands océans :le Pacifique et l'Atlantique. Dans l'ouest de l'Arctique, Les eaux de l'océan Pacifique s'écoulent vers le nord à travers le détroit de Béring peu profond qui sépare l'Alaska de la Sibérie. Arrivée dans l'océan Arctique, l'eau relativement douce du Pacifique coule sur les eaux plus salées de l'Atlantique. Par conséquent, la colonne d'eau supérieure de l'ouest de l'Arctique est dominée par l'azote provenant du Pacifique et est fortement stratifiée.

Cependant, Ce n'est pas toujours le cas. "Au cours de la dernière période glaciaire, lorsque la croissance des calottes glaciaires a abaissé le niveau mondial de la mer, le détroit de Béring n'existait pas, " a déclaré Daniel Sigman, Professeur de Dusenbury de Princeton en sciences géologiques et géophysiques et l'un des mentors de recherche de Farmer. À ce moment-là, le détroit de Béring a été remplacé par le pont terrestre de Béring, une connexion terrestre entre l'Asie et l'Amérique du Nord qui a permis la migration des humains vers les Amériques. Sans le détroit de Béring, l'Arctique n'aurait que de l'eau de l'Atlantique, et les données sur l'azote le confirment.

À la fin de l'ère glaciaire, le 11 il y a 500 ans, alors que les calottes glaciaires fondaient et que le niveau de la mer montait, les données montrent l'apparition soudaine d'azote du Pacifique dans le bassin ouvert de l'ouest de l'Arctique, preuve dramatique de l'ouverture du détroit de Béring.

"Nous nous attendions à voir ce signal dans les données, mais pas si clairement !", a déclaré Sigman.

Ce n'était que la première des surprises. Analyser les données, L'agriculteur s'est également rendu compte que, avant l'ouverture du détroit de Béring, l'Arctique n'avait pas été fortement stratifié comme il l'est aujourd'hui. Ce n'est qu'avec l'ouverture du détroit de Béring que l'ouest de l'Arctique est devenu fortement stratifié, comme en témoigne le début de la limitation de l'azote du plancton dans les eaux de surface.

En s'éloignant du détroit de Béring vers l'est, l'eau du Pacifique est diluée, de sorte que le centre et l'est de l'Arctique moderne sont dominés par les eaux de l'Atlantique et une stratification relativement faible. Ici, les chercheurs ont découvert que la limitation de l'azote et la stratification de la densité variaient avec le climat. Comme dans l'ouest de l'Arctique, la stratification était faible au cours de la dernière période glaciaire, quand le climat était plus froid. Après l'ère glaciaire, la stratification du centre de l'Arctique a été renforcée, atteignant un pic entre environ 10, 000 et 6, il y a 000 ans, une période de températures estivales naturellement plus chaudes dans l'Arctique, appelée « maximum thermique de l'Holocène ». Depuis cette époque, la stratification du centre de l'Arctique s'est affaiblie, permettant à suffisamment d'azote profond d'atteindre les eaux de surface pour dépasser les besoins du plancton.

Le réchauffement climatique ramène rapidement l'Arctique au climat du maximum thermique holocène. Alors que ce réchauffement se poursuit, certains scientifiques ont prédit qu'une couverture de glace réduite améliorerait la productivité du plancton arctique en augmentant la quantité de lumière solaire atteignant l'océan. Les nouvelles informations historiques acquises par Farmer et ses collègues suggèrent qu'un tel changement est peu probable pour les eaux du bassin ouvert de l'ouest et du centre de l'Arctique. L'ouest de l'Arctique restera fortement stratifié en raison de l'afflux persistant d'eau du Pacifique à travers le détroit de Béring, tandis que le réchauffement renforcera la stratification dans le centre de l'Arctique. Dans ces deux régions océaniques ouvertes, la lenteur de l'apport d'azote est susceptible de limiter la productivité du plancton, concluent les chercheurs.

"Une augmentation de la productivité du bassin arctique ouvert aurait probablement été considérée comme un avantage, par exemple, l'augmentation de la pêche, " dit Farmer. " Mais étant donné nos données, une augmentation de la productivité de l'Arctique ouvert semble peu probable. Le meilleur espoir d'une future augmentation de la productivité arctique se trouve probablement dans les eaux côtières de l'Arctique. »