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Océan Arctique: un écosystème plus productif grâce au réchauffement climatique ?

Publié le 16 août 2021 Mis à jour le 16 août 2021

Publication dans Nature Geoscience : Tandis que l’océan Arctique se réchauffe et que la banquise rétrécit, la surface d’eau libre nouvellement exposée verra-t’elle un boom de la population de plancton et un écosystème en plein essor dans l’océan Arctique ouvert? Peu probable, selon une collaboration internationale dirigée par des scientifiques de l’université de Princeton, à laquelle a participé François Fripiat du Laboratoire de Glaciologie de l’Université libre de Bruxelles, qui ont examiné l’histoire et le taux d’approvisionnement en azote, un sels nutritifs indispensable à la croissance du plancton.

Alors que le pôle Nord, l'océan Arctique et les terres arctiques environnantes se réchauffent plus rapidement que la moyenne mondiale, les scientifiques tentent de comprendre les effets du réchauffement sur les écosystèmes arctiques. Avec le rétrécissement de la banquise, plus de lumière atteint la surface de l'océan Arctique. Certains ont prédit que cela conduirait à plus de plancton, qui à son tour soutiendrait un écosystème plus productif. Une hypothèse remise en doute par une équipe de scientifiques dirigée par l'Université de Princeton et l’institut Max Planck de chimie, à laquelle a participé François Fripiat du Laboratoire de Glaciologie (ULB).

Les chercheurs ont utilisé du plancton fossilisé pour étudier l’histoire des sources et du taux d’approvisionnement en azote à la surface de l’océan Arctique. Leurs travaux, détaillés dans un article du dernier numéro de la revue Nature Geoscience, suggèrent que à la suite du réchauffement climatique actuel, les eaux de surface dans l’océan Arctique connaîtront une limitation plus importante en azote, empêchant une augmentation de la productivité.

"En regardant l'océan Arctique depuis l'espace, il est difficile de voir l'eau, car une grande partie de l'océan Arctique est recouverte par la banquise", a déclaré l'auteur principal Jesse Farmer, postdoc associé au département de géosciences de l’université de Princeton et à l'Institut Max Planck de chimie. Cette banquise s’accroit naturellement en hiver et rétrécit en été. Au cours des dernières décennies, cependant, le réchauffement climatique a provoqué un déclin rapide de la couverture de banquise estivale, étant maintenant environ à la moitié de celle de 1979. À mesure que la banquise fond, le phytoplancton qui forme la base des réseaux trophiques arctiques devrait bénéficier d'une plus grande disponibilité de lumière.

« Mais il y a un hic, le phytoplancton a également besoin de sels nutritifs pour se développer, et les sels nutritifs ne sont abondants qu’en profondeur, au-delà de la portée du phytoplancton qui vit en surface » explique François Fripiat.


La capacité du plancton à acquérir ces nutriments dépend du niveau de stratification de l’océan supérieur. Les 200 mètres supérieurs de l’océan sont constitués de couche d’eau distinctes de densités différentes, déterminées par leur température et leur salinité.

Ces nouvelles recherches montrent comment l'approvisionnement en azote de l'Arctique a changé depuis la dernière période glaciaire, ce qui révèle l'histoire de la stratification de l'océan Arctique. À l'aide de carottes de sédiments de l'océan Arctique, les scientifiques ont mesuré la composition isotopique de l'azote organique
piégé dans les fossiles calcaires de foraminifères (plancton qui a cru dans les eaux de surface, puis est mort


Là où les océans se rencontrent :


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 peu profond de Béring qui sépare l'Alaska de la Sibérie. En arrivant dans l'océan Arctique, l'eau relativement douce du Pacifique s’écoule sur l'eau plus salée de l'Atlantique. Par conséquent, la partie supérieure de la colonne d'eau de l'ouest de l'Arctique est dominée par l'azote provenant du Pacifique et est fortement stratifiée.

Cependant, cela n'a pas toujours été le cas. "Au cours de la dernière période glaciaire, lorsque la croissance des calottes polaires a abaissé le niveau de la mer, le détroit de Béring n'existait pas", explique Daniel Sigman, professeur de sciences géologiques et géophysiques à l’université de Princeton. À cette époque, le détroit de Béring a été remplacé par le pont terrestre de Béring, une liaison 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 aurait été alimenté que par les eaux atlantiques, et les données isotopiques le confirment. À la fin de l'ère glaciaire il y a 11 500 ans, alors que les calottes polaires fondaient et que le niveau de la mer montait, les données montrent l'apparition soudaine d'azote du Pacifique dans le bassin Arctique de l'ouest, preuve de l'ouverture du détroit de Béring. "Nous nous attendions à voir ce signal dans les données, mais pas si clairement! " explique Daniel Sigman.

Ce n'était que la première des surprises. En analysant les données, Jesse Farmer s'est également rendu compte qu'avant l'ouverture du détroit de Béring, l'Arctique était moins stratifié qu’il l'est actuellement. Ce n'est qu'avec l'ouverture du détroit de Béring que l'ouest de l'Arctique s'est fortement stratifié, comme en témoigne le début de la limitation en azote pour le phytoplancton 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 sont dominés par les eaux de l'Atlantique et le degré de stratification y est relativement plus faible. Ici, les chercheurs ont découvert que la limitation de l'azote et le degré de stratification variaient avec le climat. Comme dans l'ouest de l'Arctique, la stratification était faible au cours de la dernière période glaciaire, lorsque le climat était plus froid. Après l'ère glaciaire, la stratification du centre de l'Arctique s'est renforcée, atteignant un pic il y a environ 10 000 à 6 000 ans, une période de températures naturellement plus chaudes dans l'Arctique appelée « maximum thermique de l'Holocène ». Depuis lors, la stratification du centre de l'Arctique s'est affaiblie, permettant à suffisamment d'azote en profondeur d'atteindre les eaux de surface pour dépasser les besoins du phytoplancton.

Le réchauffement climatique ramène rapidement l'Arctique au climat du maximum thermique de l’Holocène. Alors que ce réchauffement se poursuit, certains scientifiques ont prédit qu'une réduction de la couverture de banquise améliorerait la productivité du plancton arctique en augmentant la quantité de lumière atteignant l'océan de surface. Les nouvelles informations historiques acquises par Jesse 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, un apport d'azote faible est susceptible de limiter la productivité du phytoplancton, ont conclu les chercheurs.


« Une stratification plus importante de l’océan Arctique a des conséquences sur la productivité et donc sur les réserves halieutiques, mais également sur le devenir du couvert de banquise. En effet, la stratification de l’océan arctique isole les eaux froides de surface, où la banquise se forme, des eaux chaudes sous-jacentes d’origine atlantique. Le réchauffement en cours entraînera donc une diminution du flux de chaleur océanique vers la surface qui devrait ralentir la diminution du couvert de banquise » conclut François Fripiat.

Contact scientifique

François Fripiat, Laboratoire de Glaciologie, Université libre de Bruxelles
E-mail : francois.fripiat@ulb.be
GSM: sur demande

Contact
Communication Recherche : com.recherche@ulb.be