Des chercheurs, dont Zhangxian Ouyang de l'Université du Delaware, ont voyagé à bord du brise-glace R/V Xue Long dans une zone de fusion active de l'océan Arctique pour obtenir des échantillons à analyser. Crédit :Zhangxian Ouyang, Wei-Jun Cai et Liza Wright-Fairbanks/ Université du Delaware
Une équipe internationale de chercheurs a tiré la sonnette d'alarme sur l'évolution de la chimie de la région occidentale de l'océan Arctique après avoir découvert que les niveaux d'acidité augmentaient trois à quatre fois plus vite que les eaux océaniques ailleurs.
L'équipe, qui comprend l'expert en chimie marine de l'Université du Delaware Wei-Jun Cai, a également identifié une forte corrélation entre le taux accéléré de fonte des glaces dans la région et le taux d'acidification des océans, une combinaison périlleuse qui menace la survie des plantes, des coquillages, récifs coralliens et autres processus biologiques et de vie marine dans l'ensemble de l'écosystème de la planète.
La nouvelle étude, publiée le jeudi 30 septembre dans Science , est la première analyse de l'acidification de l'Arctique qui comprend des données de plus de deux décennies, couvrant la période de 1994 à 2020.
Les scientifiques ont prédit que d'ici 2050, sinon plus tôt, la glace de mer arctique dans cette région ne survivra plus aux saisons estivales de plus en plus chaudes. À la suite de ce retrait de la glace de mer chaque été, la chimie de l'océan deviendra plus acide, sans couverture de glace persistante pour ralentir ou atténuer la progression.
Cela crée des problèmes potentiellement mortels pour la population extrêmement diversifiée de créatures marines, de plantes et d'autres êtres vivants qui dépendent d'un océan sain pour leur survie. Les crabes, par exemple, vivent dans une coquille croustillante construite à partir du carbonate de calcium répandu dans l'eau de l'océan. Les ours polaires dépendent de populations de poissons en bonne santé pour se nourrir, les poissons et les oiseaux de mer dépendent du plancton et des plantes, et les fruits de mer sont un élément clé de l'alimentation de nombreux humains.
Cela fait de l'acidification de ces eaux lointaines un gros problème pour de nombreux habitants de la planète.
Tout d'abord, un cours de rappel rapide sur les niveaux de pH, qui indiquent le degré d'acidité ou d'alcalinité d'un liquide donné. Tout liquide contenant de l'eau peut être caractérisé par son niveau de pH, qui varie de 0 à 14, l'eau pure étant considérée comme neutre avec un pH de 7. Tous les niveaux inférieurs à 7 sont acides, tous les niveaux supérieurs à 7 sont basiques ou alcalins, avec chaque étape complète représentant une différence de dix fois la concentration en ions hydrogène. Les exemples du côté acide incluent l'acide de batterie, qui vérifie à 0 pH, l'acide gastrique (1), le café noir (5) et le lait (6,5). Le sang (7,4), le bicarbonate de soude (9,5), l'ammoniac (11) et le déboucheur (14) penchent vers le basique. L'eau de mer est normalement alcaline, avec un pH d'environ 8,1.
Cai, la Mary A.S. Professeur Lighthipe à la School of Marine Science and Policy du College of Earth, Ocean and Environment de l'UD, a publié d'importantes recherches sur l'évolution de la chimie des océans de la planète et a terminé ce mois-ci une croisière de la Nouvelle-Écosse à la Floride, en tant que scientifique en chef parmi 27 à bord du navire de recherche. Le travail comprend quatre zones d'étude :la côte est, le golfe du Mexique, la côte du Pacifique et la région de l'Alaska et de l'Arctique.
La nouvelle étude en Science inclus le chercheur postdoctoral de l'UD Zhangxian Ouyang, qui a participé à un récent voyage pour collecter des données dans la mer des Tchouktches et le bassin du Canada dans l'océan Arctique.
Le premier auteur de la publication était Di Qi, qui travaille avec des instituts de recherche chinois à Xiamen et Qingdao. Des scientifiques de Seattle, de Suède, de Russie et de six autres sites de recherche chinois ont également collaboré à cette publication.
"Vous ne pouvez pas y aller seul", a déclaré Cai. "Cette collaboration internationale est très importante pour la collecte de données à long terme sur une vaste zone de l'océan lointain. Ces dernières années, nous avons également collaboré avec des scientifiques japonais car l'accès à l'eau arctique était encore plus difficile au cours des trois dernières années en raison de COVID- 19. Et nous avons toujours des scientifiques européens qui participent."
Cai a déclaré que lui et Qi étaient tous deux déconcertés lorsqu'ils ont examiné ensemble les données de l'Arctique pour la première fois lors d'une conférence à Shanghai. L'acidité de l'eau augmentait trois à quatre fois plus vite que les eaux océaniques ailleurs.
C'était vraiment époustouflant. Mais pourquoi est-ce arrivé ?
Cai a rapidement identifié un suspect principal :l'augmentation de la fonte de la banquise pendant la saison estivale de l'Arctique.
Historiquement, la glace de mer de l'Arctique a fondu dans les régions marginales peu profondes pendant les saisons estivales. Cela a commencé à changer dans les années 1980, a déclaré Cai, mais a augmenté et diminué périodiquement. Au cours des 15 dernières années, la fonte des glaces s'est accélérée, avançant dans le bassin profond du nord.
Des scientifiques prélèvent des échantillons sur la glace de l'Arctique. Crédit :Zhangxian Ouyang, Wei-Jun Cai et Liza Wright-Fairbanks/ Université du Delaware
Pendant un certain temps, les scientifiques ont pensé que la fonte des glaces pourrait fournir un "puits de carbone" prometteur, où le dioxyde de carbone de l'atmosphère serait aspiré dans les eaux froides et gourmandes en carbone qui avaient été cachées sous la glace. Cette eau froide contiendrait plus de dioxyde de carbone que les eaux plus chaudes et pourrait aider à compenser les effets de l'augmentation du dioxyde de carbone ailleurs dans l'atmosphère.
Lorsque Cai a étudié l'océan Arctique pour la première fois en 2008, il a constaté que la glace avait fondu au-delà de la mer de Chukchi dans le coin nord-ouest de la région, jusqu'au bassin Canada, bien au-delà de son aire de répartition habituelle. Lui et ses collaborateurs ont découvert que l'eau de fonte fraîche ne se mélangeait pas aux eaux plus profondes, ce qui aurait dilué le dioxyde de carbone. Au lieu de cela, l'eau de surface a absorbé le dioxyde de carbone jusqu'à ce qu'il atteigne à peu près les mêmes niveaux que dans l'atmosphère, puis a cessé de le collecter. Ils ont rapporté ce résultat dans un article de Science en 2010.
Cela modifierait également le niveau de pH des eaux arctiques, savaient-ils, réduisant les niveaux alcalins de l'eau de mer et réduisant sa capacité à résister à l'acidification. Mais combien? Et combien de temps? Il leur a fallu une autre décennie pour collecter suffisamment de données pour tirer une conclusion solide sur la tendance à long terme de l'acidification.
En analysant les données recueillies de 1994 à 2020 - la première fois qu'une telle perspective à long terme était possible - Cai, Qi et leurs collaborateurs ont découvert une augmentation extraordinaire de l'acidification et une forte corrélation avec l'augmentation du taux de fonte des glaces.
Ils indiquent que la fonte des glaces de mer est le mécanisme clé pour expliquer cette diminution rapide du pH, car elle modifie la physique et la chimie de l'eau de surface de trois manières principales :
Cai a déclaré que des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour affiner davantage le mécanisme ci-dessus et mieux prédire les changements futurs, mais les données jusqu'à présent montrent à nouveau les effets d'entraînement considérables du changement climatique.
"Si toute la glace de plusieurs années est remplacée par de la glace de première année, alors il y aura une alcalinité plus faible et une capacité tampon plus faible et l'acidification se poursuivra", a-t-il déclaré. "D'ici 2050, nous pensons que toute la glace aura disparu en été. Certains articles prédisent que cela se produira d'ici 2030. Et si nous suivons la tendance actuelle pendant encore 20 ans, l'acidification estivale sera vraiment, vraiment forte."
Personne ne sait exactement ce que cela fera aux créatures, aux plantes et aux autres êtres vivants qui dépendent des eaux océaniques saines.
"Comment cela affectera-t-il la biologie là-bas?" a demandé Caï. "C'est pourquoi c'est important." Une équipe internationale signale que l'acidification des océans se propage rapidement dans l'océan Arctique
