Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont fini d’étudier comment l’affaiblissement préhistorique d’un courant océanique majeur a entraîné une diminution des nutriments océaniques et des impacts négatifs sur la vie dans l’océan Atlantique Nord. Les résultats confortent les prédictions sur la façon dont nos océans pourraient réagir au changement climatique et sur ce que cela signifie pour la vie océanique.
L’océan Atlantique Nord est une plaque tournante de l’activité biologique, due en grande partie au Gulf Stream, qui fournit un riche courant de nutriments. Les scientifiques ont émis l’hypothèse que le changement climatique pourrait entraîner un déclin des nutriments et de l’activité biologique dans l’Atlantique Nord en raison d’un affaiblissement de la circulation océanique – mais cette théorie n’était jusqu’à présent étayée que par des modèles.
Aujourd’hui, en étudiant les sédiments enfouis à l’origine du Gulf Stream, l’équipe a mené une enquête unique en son genre sur l’impact d’un déclin similaire induit par le climat il y a près de 13 000 ans, lorsque la Terre a quitté la dernière période glaciaire.
L’article intitulé « Un flux de nutriments diminué dans l’Atlantique Nord pendant le renversement climatique du Dryas plus jeune » a été publié dans Science cette semaine. Dirigée par Jean Lynch-Stieglitz, professeur à l’École des sciences de la Terre de l’atmosphère de Georgia Tech, l’équipe comprenait également d’anciens étudiants de Lynch-Stieglitz : Tyler Vollmer, Shannon Valley et Eric Blackmon, ainsi que Sifan Gu (Jiao Tong University School d’océanographie) et Thomas Marchitto (Université du Colorado, Boulder).
« La recherche teste un concept qui n’avait auparavant été exploré que par la théorie et les modèles », explique Lynch-Stieglitz. « La circulation de renversement à grande échelle de l’Atlantique fournit les nutriments qui sont à la base de la productivité biologique dans l’Atlantique Nord. »
Comme le courant devrait continuer de s’affaiblir au cours du prochain siècle en raison des émissions de gaz à effet de serre, les chercheurs prévoient que l’Atlantique Nord recevra de moins en moins de nutriments.
« Ce concept a des implications concrètes pour la santé future des océans et des pêcheries », explique Lynch-Stieglitz. Les impacts vont du déclin des populations de poissons à l’impact potentiel sur la quantité de CO2 que l’océan peut absorber.
« Les changements climatiques dramatiques que la Terre a connus dans le passé peuvent nous aider à comprendre quelles parties du système terrestre sont vulnérables au changement et à évaluer les idées sur les impacts du changement climatique en cours », ajoute-t-elle.
Un mystère improbable
L’équipe a étudié le Dryas plus jeune, une période de transition après la dernière période glaciaire où la circulation atlantique s’est affaiblie. En examinant comment le flux de nutriments a changé lorsque la circulation s’est affaiblie dans le passé, les chercheurs espéraient mieux comprendre ce à quoi nous pouvons nous attendre du réchauffement actuel des océans.
Cependant, l’équipe n’avait pas initialement cet objectif en tête : le travail a commencé comme un projet de recherche de premier cycle avec un mystère intrigant. Eric Blackmon, alors étudiant au laboratoire de Lynch-Stieglitz, s’intéressait à la disparition d’une espèce de plancton de l’océan Atlantique Nord au cours de la dernière période glaciaire.
« Les résultats de cette étude étaient déroutants », se souvient Lynch-Stieglitz. L’équipe a décidé d’utiliser une technique rarement utilisée pour mieux comprendre les résultats. La méthode de reconstruction de la concentration en oxygène de l’eau de mer a produit un enregistrement inhabituellement clair de l’évolution de la concentration en oxygène dans l’eau de mer au fil du temps.
« Notre équipe a réalisé que, combinée à une reconstruction antérieure de la chimie de l’eau de mer, la technique fournissait des informations clés sur l’histoire et les mécanismes d’apport de nutriments dans l’océan Atlantique Nord », explique Lynch-Stieglitz. « Nous avons décidé de répondre à une petite question et avons découvert en cours de route que nos données avaient des implications plus larges que prévu. »
De belles petites coquilles
Grâce à cette nouvelle technique, l’équipe a analysé les couches de sédiments du détroit de Floride, un passage étroit entre les Keys de Floride et Cuba, là où se rencontrent le golfe du Mexique et l’océan Atlantique. En creusant ces couches et en prélevant un échantillon cylindrique, « les couches de sédiments accumulés fournissent une histoire environnementale sur le site », explique Lynch-Stieglitz. Dans ce cas, « nous avons examiné comment les coquilles d’organismes unicellulaires appelées foraminifères changé avec le temps. » Parce que foraminifères vivent au fond de l’océan, leurs coquilles s’accumulent dans chaque couche de sédiments, préservant d’importantes signatures chimiques qui peuvent être utilisées pour reconstruire la chimie de l’océan dans lequel ils résidaient.
« Il est assez étonnant que la chimie des océans du passé puisse être reconstituée avec autant de détails à l’aide de magnifiques et minuscules coquilles », déclare Lynch-Stieglitz.
La recherche a montré que pendant le Dryas plus jeune, à mesure que la circulation inverse s’affaiblissait, les nutriments présents dans le Gulf Stream diminuaient et la quantité d’oxygène dans le détroit de Floride augmentait. L’équipe a également constaté qu’à mesure que le flux de nutriments diminuait, la productivité biologique dans l’Atlantique Nord diminuait également.
« L’étude représente un développement important de l’indicateur basé sur les isotopes du carbone pour les concentrations passées d’oxygène », a déclaré Lynch-Stieglitz. « Le dossier est très clair, et l’ampleur et le moment des changements dans l’oxygène dissous se reflètent de manière étonnante dans la reconstruction du phosphate. »
Au-delà du climat
Au-delà de ces découvertes sur le fonctionnement de l’océan, l’étude de l’équipe sur foraminifères fournit également de nouvelles façons de comprendre comment les nutriments sont circulés dans l’océan et comment nous étudions cela. Ces fenêtres sur la façon dont les océans de la Terre ont changé dans le passé constituent un outil essentiel pour tester les modèles, nous permettant de mieux prédire comment nos océans et les ressources qu’ils fournissent pourraient réagir au changement climatique à l’avenir.
« Les changements physiques dans le système terrestre peuvent avoir de profonds changements sur la vie dans l’océan et avoir des impacts de grande envergure », note Lynch-Stieglitz. « Le changement climatique ne se limite pas au climat. »
Plus d’information:
Jean Lynch-Stieglitz et al, Une diminution du flux de nutriments de l’Atlantique Nord lors du renversement climatique du Younger Dryas, Science (2024). DOI : 10.1126/science.adi5543