La perte de glace de mer modifie les couleurs de la lumière dans l’océan
La disparition de la glace de mer dans les régions polaires due au réchauffement climatique augmente non seulement la quantité de lumière entrant dans l’océan, mais change également sa couleur. Ces changements ont des conséquences d’une grande portée pour les organismes photosynthétiques tels que les algues de glace et le phytoplancton. C’est la conclusion de nouvelles recherches publiées dans Communications de la naturedirigé par les biologistes marins Monika Soja-wo? Niak et Jef Huisman de l’Institut de biodiversité et de dynamique écosystémique (IBED) à l’Université d’Amsterdam.
L’équipe de recherche internationale, qui comprenait également le chimiste physique Sander Woutersen (HIMS / UVA) et les collaborateurs des Pays-Bas et du Danemark, ont étudié comment la perte de glace de mer modifie l’environnement léger sous-marin. La glace de mer et l’eau de mer diffèrent fondamentalement dans la façon dont ils transmettent la lumière. La glace de mer disperse fortement la lumière et en reflète une grande partie, tout en ne permettant qu’une petite quantité à pénétrer. Pourtant, cette quantité limitée de lumière contient toujours presque la gamme complète de longueurs d’onde visibles. En revanche, l’eau de mer absorbe la lumière rouge et verte, tandis que la lumière bleue pénètre profondément dans la colonne d’eau. C’est ce qui donne à l’océan sa couleur bleue.
Vibrations moléculaires de l’eau
Une autre différence clé entre la glace et l’eau liquide réside dans le rôle des vibrations moléculaires. Dans l’eau liquide, les molécules H? O sont libres de se déplacer et de vibrer, ce qui conduit à la formation de bandes d’absorption distinctes à des longueurs d’onde spécifiques. Ces bandes suppriment sélectivement des parties du spectre lumineux, créant des lacunes dans la lumière disponibles pour la photosynthèse.
Des recherches antérieures de Maayke Stomp et Prof. Huisman ont démontré que ces caractéristiques d’absorption moléculaire créent des «niches spectrales» – des ensembles distincts de longueurs d’onde disponibles pour les organismes photosynthétiques. Le phytoplancton et les cyanobactéries ont évolué une diversité de pigments réglés sur les différentes niches spectrales, façonnant leur distribution mondiale à travers les océans, les eaux côtières et les lacs.
Dans la glace, cependant, les molécules d’eau sont verrouillées dans un réseau cristallin rigide. Cette structure fixe supprime leur capacité de vibrations moléculaires et modifie ainsi leurs caractéristiques d’absorption. En conséquence, la glace n’a pas les bandes d’absorption d’eau liquide, et donc un spectre de lumière plus large est conservé sous la glace de mer. Cette différence fondamentale joue un rôle clé dans le changement spectral qui se produit lorsque la glace de mer fonte.
Implications écologiques
Alors que la glace de mer disparaît et cède la place à l’eau ouverte, l’environnement léger sous-marin passe d’un large éventail de couleurs à un spectre dominé par le bleu plus étroit. Ce changement spectral est crucial pour la photosynthèse.
« Les pigments photosynthétiques d’algues vivant sous la glace de mer sont adaptés pour faire un usage optimal de la large gamme de couleurs présents dans la petite quantité de lumière passant par la glace et la neige », explique l’auteur principal Monika Soja-wo? Niak. « Lorsque la glace fond, ces organismes se retrouvent soudainement dans un environnement dominé par le bleu, ce qui offre un ajustement moindre pour leurs pigments. »
En utilisant des modèles optiques et des mesures spectrales, les chercheurs ont montré que ce décalage de la couleur claire modifie non seulement les performances photosynthétiques, mais peut également entraîner des changements dans la composition des espèces. Les espèces d’algues spécialisées dans la lumière bleue peuvent obtenir un fort avantage concurrentiel par rapport aux algues de glace.
Selon le professeur Huisman, ces changements peuvent avoir des effets écologiques en cascade. « Les algues photosynthétiques forment le fondement du réseau de nourriture arctique. Les changements dans leur productivité ou leur composition d’espèces peuvent s’roder vers le haut pour affecter les poissons, les oiseaux de mer et les mammifères marins. De plus, la photosynthèse joue un rôle important dans le cool naturel.2 Absorption par l’océan. «
L’étude souligne que le changement climatique dans les régions polaires fait plus que la glace de fonte – elle provoque des changements fondamentaux dans des processus clés tels que la transmission de la lumière et le flux d’énergie dans les écosystèmes marins.
Les résultats soulignent l’importance d’incorporer plus explicitement les spectres lumineux et la photosynthèse dans les modèles climatiques et les prévisions océaniques, en particulier dans les régions polaires où le changement environnemental s’accélère à un rythme sans précédent.