Lors du voyage d'hiver de juillet à août 2017 à bord du navire de recherche polaire SA Agulhas II, les scientifiques de l'université de Stellenbosch ont souvent dû endurer de hautes vagues et des conditions glaciales. On voit ici des glaçons du pont arrière du navire, avec une température de l'air de moins 13°C (sans refroidissement éolien). Crédit :Ryan Cloete
Le rôle de l'océan Austral dans la conduite du cycle mondial du carbone peut être plus important que prévu, car la pompe à carbone biologique n'est pas « coupée » en hiver comme on le pensait auparavant.
Sur la base de l'étude hivernale la plus complète à ce jour, menée dans l'océan Austral en juillet et août 2017, des scientifiques du Centre de trace et de biogéochimie expérimentale de l'Université de Stellenbosch (TracEx) du Département des sciences de la Terre ont pu montrer que le phytoplancton était effectivement actif pendant les mois d'hiver glacials et sombres.
Ces résultats sont importants pour les modèles climatiques mondiaux prédictifs, qui sont actuellement basées principalement sur les saisons de printemps et d'été. Avec l'ajout des données de l'hiver, les modèles peuvent désormais mieux représenter le cycle de transfert de carbone atmosphère-océan au fil des saisons. Pour les scientifiques, c'est une avancée dans l'analyse de la sensibilité de ce transfert au changement climatique.
Le phytoplancton est microscopique, organismes unicellulaires ressemblant à des plantes suspendus principalement dans les 100 premiers mètres des océans. En utilisant la lumière du soleil pour l'énergie et les nutriments inorganiques dissous, le phytoplancton convertit le dioxyde de carbone en carbone organique et forme la base du réseau trophique marin. Il a été démontré que le phytoplancton est aussi important pour modifier le cycle planétaire du carbone et du dioxyde de carbone que toutes les plantes terrestres du monde réunies.
Dr Ryan Cloete, stagiaire postdoctoral au département et premier auteur de deux publications récentes sur le sujet, affirme que leurs découvertes sont contraires à l'opinion générale selon laquelle l'océan Austral est biologiquement dormant pendant l'hiver.
"Semblable aux feuilles qui tombent des arbres en automne en raison de conditions de croissance défavorables, l'hypothèse était que le phytoplancton ne serait pas non plus actif pendant l'hiver. L'une de nos découvertes majeures est que le phytoplancton est en effet actif pendant l'hiver dans l'océan Austral, mais pas aux niveaux que nous voyons en été. Comment le phytoplancton est capable de s'adapter aux conditions hivernales n'est pas bien compris, et notre recherche sur les oligo-éléments est la première étape pour comprendre ces stratégies d'adaptation, " il explique.
À ce jour, les scientifiques ont très peu compris les conditions qui caractérisent l'océan Austral pendant l'hiver. Cela est principalement dû au défi d'échantillonner un océan à des températures inférieures à zéro tout en se préparant à des vents violents et à des vagues pouvant atteindre 20 mètres. Ce n'est pas sans raison que les premiers marins ont surnommé cette étendue de l'océan Austral entre les latitudes 40° à 60° sud les « Quarante-Roarings », puis les "Furious Fifties" et les "Screaming Sixties".
Les échantillons d'hiver ont été prélevés sur le SA Agulhas II, Le navire de recherche polaire sud-africain, lors d'une expédition dirigée par l'Afrique du Sud de juillet à août 2017. Le voyage d'échantillonnage a été financé par le South African National Antarctic Program (SANAP), le Département des forêts, Pêche et Environnement (DFFE) et la Fondation Nationale de la Recherche (NRF). Crédit :Ryan Cloete
Selon le Dr Cloete, l'océan Austral joue un rôle fondamentalement important dans la régulation du climat de la Terre :« Il est estimé qu'il stocke environ 75 % de l'absorption océanique mondiale de l'excès de chaleur et 35 % de l'absorption mondiale de l'excès de carbone de l'atmosphère. L'océan Austral est également le seul océan qui relie directement les trois grands bassins océaniques, à savoir le Pacifique, Océans Atlantique et Indien. En d'autres termes, ce qui se passe dans l'océan Austral a un impact sur l'océan mondial."
Ce processus global est entraîné par un processus appelé circulation thermohaline (« thermos » signifie chaleur et « haline » signifie salinité). Aux pôles, l'eau de mer de surface froide et dense s'enfonce dans l'océan profond, d'où il s'écoule dans de grands courants océaniques pour éventuellement revenir à la surface par mélange et remontée d'eau due au vent dans les latitudes plus chaudes. Les scientifiques appellent cela le grand tapis roulant océanique, et l'eau peut prendre près de mille ans pour terminer le voyage. L'océan Austral agit donc comme une plaque tournante centrale par laquelle les eaux entrantes sont modifiées et redistribuées dans tout l'océan mondial.
Le Dr Cloete dit que la saison hivernale dans l'océan Austral est extrêmement importante pour préparer le terrain biologique pour les saisons du printemps et de l'été :« En hiver, les fortes tempêtes et les vents créent une couche de surface plus instable qui pénètre sous les eaux de surface stables de l'été, qui sont maintenant épuisés en nutriments après la saison de croissance. Cela permet de se mélanger avec les eaux riches en nutriments trouvées dans les eaux souterraines. Avec l'aide d'heures d'ensoleillement accrues et de mers plus calmes, cette impulsion hivernale de nutriments à la surface aide à catalyser et à maintenir les proliférations printanières et estivales de phytoplancton qui, à son tour, attire les baleines, dauphins et pingouins au buffet de l'océan Austral depuis le nord.
« L'observation des systèmes hivernaux nous aide à comprendre diverses stratégies d'adaptation et de survie du phytoplancton dans des conditions de croissance défavorables ainsi que les processus de recharge en nutriments dans les eaux de surface extrêmement appauvries en nutriments à la fin de la saison estivale. Ceci est extrêmement important car le centre de circulation de l'océan Austral l'exige que ces eaux sont transportées vers le nord, influençant la productivité des océans dans une grande partie de l'océan mondial des basses latitudes, " il explique.
Pr Alakendra Roychoudhury, spécialiste de la biogéochimie environnementale et marine à SU et responsable du groupe de recherche TracEx, affirme que les résultats réaffirment l'influence mondiale de l'océan Austral dans la régulation du climat et de la chaîne alimentaire marine :processus chimiques et biologiques avec des boucles de rétroaction autocorrectrices pour moduler la variabilité et annuler le changement climatique. Notre recherche est un excellent exemple de ce couplage où des processus biochimiques se déroulent au niveau microscopique à l'interface de l'eau et des micro-organismes, est influencée par la circulation et le mélange océaniques à grande échelle.
« Il est difficile d'imaginer que ces processus microscopiques peuvent influencer des processus globaux comme le réchauffement de notre planète, car nous manquons souvent de savoir-faire sur les processus liés et leur réponse en retour, " conclut-il.
La recherche a été publiée dans Chimie marine .
