Les «zones mortes» océaniques privées d’oxygène, où les poissons et les animaux ne peuvent pas survivre, se sont étendues en haute mer et dans les eaux côtières pendant plusieurs décennies en raison de l’activité agricole et industrielle humaine. En essayant de prédire l’échelle et l’emplacement des futures zones mortes, les scientifiques se sont tournés vers le passé pour trouver des indices historiques.
La plus grande zone morte de l’océan ouvert d’aujourd’hui, située dans l’est de l’océan Pacifique, est apparue il y a 8 millions d’années en raison de l’augmentation de la teneur en nutriments dans l’océan, rapporte aujourd’hui une équipe internationale de scientifiques dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
Bien que les sources d’enrichissement en nutriments puissent être différentes aujourd’hui, les mécanismes qui ont créé ce que les scientifiques appellent des « zones déficientes en oxygène » restent les mêmes, selon Xingchen « Tony » Wang, professeur adjoint de sciences de la terre et de l’environnement au Boston College, auteur principal de l’étude. rapport. Une meilleure compréhension des zones mortes océaniques du passé peut aider les futurs efforts de conservation des océans.
« Afin de mieux protéger les écosystèmes marins et de mieux gérer la pêche, il est essentiel de prévoir comment une « zone morte » océanique évoluera à l’avenir », a déclaré Wang.
Une zone morte océanique côtière est principalement causée par le flux de nutriments en excès que les humains utilisent sur terre, comme l’application d’engrais. Dans le nord du golfe du Mexique, les nutriments anthropiques apportés par le fleuve Mississippi produisent chaque année une zone morte aussi grande que l’état du New Jersey.
Ces zones se produisent également naturellement en haute mer, la plus grande se trouvant dans l’est de l’océan Pacifique. « On ne sait toujours pas comment ces zones mortes vont changer à mesure que la planète se réchauffe. Nous avons donc étudié l’histoire de la zone morte du Pacifique oriental afin de mieux prédire son comportement futur », a déclaré Wang.
Les chercheurs d’universités aux États-Unis, au Canada, à Taïwan, en Allemagne et en Australie ont entrepris de déterminer l’évolution des zones mortes en haute mer avant que l’activité humaine ne commence à avoir un impact sur l’océan, a déclaré Wang. De plus, ces zones mortes ont-elles toujours existé ? Si oui, pourquoi?
L’équipe a examiné la composition chimique des sédiments océaniques près de la plus grande « zone morte » océanique d’aujourd’hui, située dans l’est de l’océan Pacifique. L’équipe a obtenu des échantillons de sédiments – les « livres d’histoire » de l’activité océanique – remontant à 12 millions d’années et a analysé l’azote contenu dans des microfossiles, appelés foraminifères.
L’équipe a recherché dans les zones mortes des signes de dénitrification, qui se produit lorsque la teneur en oxygène est si faible que les microbes utilisent plutôt le nitrate pour alimenter leur activité biologique. L’azote a deux isotopes stables, l’azote-14 et l’azote-15, et les microbes préfèrent consommer l’isotope plus léger de l’azote-14 lors de la dénitrification.
Lorsque les zones déficientes en oxygène s’étendent, les zones de dénitrification s’étendent également, augmentant le rapport azote-15 à azote-14 du nitrate restant, qui est ensuite enregistré dans les organismes océaniques tels que les foraminifères à travers le cycle de l’azote dans les écosystèmes marins, selon le rapport. .
« En analysant le rapport azote-15 sur azote-14 des foraminifères dans les sédiments océaniques, nous pouvons reconstituer l’historique de l’étendue des zones déficientes en oxygène », a déclaré Wang.
De plus, les chercheurs ont analysé la teneur en phosphore et en fer des mêmes sédiments, qui révèlent l’ancienne teneur en nutriments dans l’océan Pacifique profond, selon le rapport.
« La teneur en éléments nutritifs des grands fonds marins est difficile à reconstituer et notre bilan est le premier du genre au cours des 12 derniers millions d’années ; ses tendances ont des implications importantes pour le cycle mondial du carbone et le changement climatique », a déclaré Woodward W. Fischer, un co- auteur de l’étude et professeur au California Institute of Technology.
Les enregistrements sédimentaires ont montré à l’équipe que les plus grandes zones mortes en haute mer se sont progressivement étendues au cours des 8 derniers millions d’années, a déclaré Wang, qui a été rejoint sur le projet par des collègues de l’Institut Max Planck de chimie, de l’Université de Princeton, de l’Université nationale de Taiwan, de l’Université de Toronto, Texas A&M University, University of Western Australia et Caltech.
« En outre, l’expansion de ces zones mortes a été principalement causée par l’enrichissement en nutriments », a-t-il déclaré. « Ce mécanisme est similaire à la formation de zones mortes dans les eaux côtières d’aujourd’hui, sauf que les humains sont responsables de l’enrichissement actuel en nutriments. »
Ces découvertes pourraient aider à mieux prédire le comportement futur des zones mortes en haute mer, selon le rapport. Par exemple, les activités humaines ont ajouté de plus en plus d’azote à l’océan. Ils peuvent soutenir la nécessité d’améliorer les modèles climatiques et océaniques pour mieux évaluer l’impact de l’azote anthropique sur les processus de désoxygénation en haute mer.
Les chercheurs ont été frappés par des données qui montraient une teneur en nutriments beaucoup plus faible dans l’océan avant il y a 8 millions d’années.
« L’augmentation des éléments nutritifs depuis 8 millions d’années a probablement été causée par l’augmentation des intempéries et de l’érosion terrestre, ce qui augmenterait l’apport de phosphore à l’océan », a déclaré Fischer.
« De plus, les écosystèmes terrestres ont subi une transition majeure entre 8 et 6 millions d’années », a déclaré Wang. « De nombreuses forêts ont été remplacées par des prairies moins denses, connues sous le nom d’expansion des écosystèmes C4. Avec plus de prairies, l’érosion des sols aurait pu augmenter au cours de cette période, et cela aurait déclenché un plus grand transfert de nutriments organiques vers l’océan. »
Wang a déclaré qu’une prochaine étape probable de cette recherche serait de déterminer comment le flux d’azote dans l’océan à partir de l’activité humaine peut avoir un impact sur le cycle des nutriments de l’océan.
« Les questions clés résident dans nos zones côtières, où l’azote le plus anthropique pénètre dans l’océan », a déclaré Wang. « Si la majeure partie de l’azote anthropique est éliminée dans les régions côtières – essentiellement par la dénitrification qui se produit dans les sédiments – cela pourrait réduire l’impact sur l’ensemble de l’océan. Notre groupe de recherche en Colombie-Britannique effectue actuellement des travaux dans le nord du golfe du Mexique pour mieux comprendre le sort de l’azote anthropique dans l’océan. »
Plus d’information:
Xingchen Tony Wang, Augmentation des nutriments océaniques et début du Miocène tardif des zones pauvres en oxygène du Pacifique, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2204986119. doi.org/10.1073/pnas.2204986119