Les vagues de chaleur océanes brisent le moteur climatique caché de la Terre
De nouvelles recherches montrent que les vagues de chaleur marines peuvent remodeler les réseaux alimentaires de l’océan, ce qui peut à son tour ralentir le transport du carbone vers la mer profonde et entraver la capacité de l’océan à se tamponner contre le changement climatique. L’étude, publiée dans la revue scientifique Communications de la nature Le 6 octobre, a été dirigé par une équipe interdisciplinaire de chercheurs de Mbari, de l’Université de Miami Rosenstiel School of Marine, Atmospheric et Earth Science, de l’Institut Hakai, de l’Université de Xiamen, de l’Université de la Colombie-Britannique, de l’Université du sud du Danemark et des pêches et des océans Canada.
Pour explorer les impacts des ondes de chaleur marins sur les sites de produits alimentaires et les flux de carbone, l’équipe de recherche a combiné plusieurs ensembles de données qui ont suivi les conditions biologiques dans la colonne d’eau dans le golfe d’Alaska pendant plus d’une décennie. Cette région a connu deux vagues de chaleur marines successives pendant cette période, une de 2013 à 2015 connue sous le nom de « The Blob » et une autre de 2019 à 2020.
« L’océan a une pompe à carbone biologique, qui agit normalement comme un tapis roulant transportant du carbone de la surface à l’océan profond. Ce processus est propulsé par les organismes microscopiques qui forment la base de l’océan Food Web, y compris les bactéries et le plancton », a déclaré l’auteur principal, Mariana BIF, auparavant une spécialité de recherche à la MBARI et maintenant un professeur adjoint dans le département de Sciences de l’océan à la Rosenster. « Pour cette étude, nous voulions suivre comment les vagues de chaleur marines ont affecté ces organismes microscopiques pour voir si ces impacts étaient liés à la quantité de carbone produite et exportée vers l’océan profond. »
L’équipe de recherche a utilisé des informations collectées par le Global Ocean Biogéochimie (GO-BGC), une initiative collaborative financée par la US National Science Foundation et dirigée par Mbari qui utilise des chars robotiques pour surveiller la santé de l’océan. Le projet GO-BGC a déployé des centaines de flotteurs biogéochimiques autonomes d’ARGO (BGC-ARGO), qui mesurent les conditions océaniques telles que la température, la salinité, le nitrate, l’oxygène, la chlorophylle et le carbone organique particulaire (POC) dans la colonne d’eau tous les cinq à 10 jours. L’équipe a également examiné les données saisonnières des enquêtes à base de navires qui ont suivi la composition de la communauté du plancton, notamment la chimie des pigments et le séquençage de l’ADN environnemental (EDNA) à partir d’échantillons d’eau de mer collectés lors du programme de ligne P réalisé par Fisheries et Oceans Canada.
L’étude a révélé que les vagues de chaleur marines ont eu un impact sur la base de la toile des aliments océaniques, et ces impacts étaient liés à des changements dans la façon dont le carbone a été cyclé dans la colonne d’eau. Cependant, les modifications qui se sont produites sur le réseau alimentaire n’étaient pas cohérentes sur les deux vagues de chaleur.
Dans des conditions typiques, le phytoplancton en forme de plante convertisse le dioxyde de carbone en matière organique. Ces micro-organismes sont le fondement du Web Ocean Food. Lorsqu’ils sont mangés par des animaux plus gros et excrétés comme des déchets, ils se transforment en particules de carbone organiques qui coulent de la surface à travers la zone mésopelagique ou crépusculaire de l’océan (200 à 1000 mètres, environ 660 à 3300 pieds) et jusqu’à la mer de fond. Ce processus verrouille le carbone atmosphérique dans l’océan pendant des milliers d’années.
Au cours de la vague de chaleur 2013-2015, la production de carbone de surface par le plancton photosynthétique était élevée la deuxième année, mais plutôt que de s’enfoncer rapidement vers la mer profonde, de petites particules de carbone se sont empilées d’environ 200 mètres (environ 660 pieds) sous l’eau.
Au cours de l’onde de chaleur 2019-2020, il y a eu une accumulation record de particules de carbone à la surface de la première année qui ne pouvait pas être attribuée à la production de carbone par le phytoplancton seule. Au lieu de cela, cette accumulation était probablement due au recyclage du carbone par la vie marine et à l’accumulation de déchets détritus. Cette impulsion de carbone a ensuite coulé jusqu’à la zone crépusculaire, mais s’attarda à des profondeurs de 200 à 400 mètres (environ 660 à 1 320 pieds) au lieu de couler vers la mer profonde.
L’équipe a attribué ces différences dans le transport du carbone entre les deux vagues de chaleur aux changements dans les populations de phytoplancton. Ces changements sont en cascade sur la toile alimentaire, conduisant à une augmentation des petits brouteurs qui ne produisent pas de particules de déchets à rotation rapide, de sorte que le carbone a été conservé et recyclé à la surface et dans la zone du crépuscule supérieur plutôt que de couler à des profondeurs plus profondes.
« Nos recherches ont révélé que ces deux principales vagues de chaleur marines modifiaient les communautés de plancton et perturbaient la pompe à carbone biologique de l’océan. Le tapissage portant du carbone de la surface à la mer profonde est bloquée, augmentant le risque que le carbone puisse retourner dans l’atmosphère au lieu d’être enfermé profondément dans l’océan », a déclaré Bif.
Cette recherche a démontré que toutes les vagues de chaleur marines ne sont pas les mêmes. Différentes lignées de plancton augmentent et diminuent lors de ces événements de réchauffement, soulignant la nécessité d’une surveillance coordonnée à long terme des conditions biologiques et chimiques de l’océan pour modéliser avec précision les impacts écologiques divers et expansifs des ondes de chaleur marine.
« Cette recherche marque un nouveau chapitre passionnant dans la surveillance des océans. Pour vraiment comprendre comment une onde de chaleur a un impact sur les écosystèmes marins et les processus océaniques, nous avons besoin de données d’observation avant, pendant et après l’événement. Cette recherche comprenait des flotteurs robotiques, une chimie des pigments et un séquençage génétique, tous travaillant ensemble pour raconter toute l’histoire. Investigateur principal du projet GO-BGC et co-auteur de l’étude.
Les observations et les modèles océaniques suggèrent que les vagues de chaleur marines se sont développées en taille et en s’intensifiaient au cours des dernières décennies. L’océan absorbe un quart du dioxyde de carbone émis chaque année, grâce au flux constant de particules de carbone coulant de la surface à la mer profonde. Un océan plus chaud peut signifier moins de carbone verrouillé, ce qui peut à son tour accélérer le changement climatique. Au-delà des changements dans le transport du carbone, les changements en plancton à la base de l’océan Food Web ont également des impacts en cascade sur la vie marine et l’industrie humaine.
« Le changement climatique contribue à des vagues de chaleur marines plus fréquentes et plus intenses, ce qui souligne la nécessité d’une surveillance prolongée et à long terme de l’océan pour comprendre et prédire comment les futures ondes de chaleur maritimes auront un impact sur les écosystèmes, les pêcheries et le climat », a déclaré BIF.
This work was funded by the US National Science Foundation’s GO-BGC project (NSF Award 1946578 with operational support from NSF Award 2110258), with additional support from the David and Lucile Packard Foundation, China National Science Foundation (grant number: 42406099), Fundamental Research Funds for the Central Universities (grant number: 20720240105), Danish Center for Hadal Research (Grant No. DNRF145), et le programme de pêche et d’océan Line P.