Une équipe internationale de scientifiques a minutieusement rassemblé les données de plus de 50 ans de missions de forage scientifique en mer pour mener une étude unique en son genre sur le carbone organique qui tombe au fond de l’océan et est aspiré profondément à l’intérieur de la planète.
Leur étude, publiée cette semaine dans La naturesuggère que le réchauffement climatique pourrait réduire l’enfouissement du carbone organique et augmenter la quantité de carbone renvoyée dans l’atmosphère, car des températures océaniques plus chaudes pourraient augmenter les taux métaboliques des bactéries.
Des chercheurs de l’Université Rice, de l’Université Texas A&M, de l’Université de Leeds et de l’Université de Brême ont analysé les données de carottes forées de sédiments marins boueux qui ont été recueillies au cours de 81 des plus de 1 500 expéditions à bord de navires organisées par le Programme international de découverte des océans (IODP) et ses prédécesseurs. Leur étude fournit la comptabilité la plus détaillée à ce jour de l’enfouissement du carbone organique au cours des 30 derniers millions d’années, et elle suggère que les scientifiques ont beaucoup à apprendre sur la dynamique du cycle du carbone à long terme de la Terre.
« Ce que nous constatons, c’est que l’enfouissement du carbone organique est très actif », a déclaré le co-auteur de l’étude, Mark Torres de Rice. « Il change beaucoup et il réagit au système climatique de la Terre beaucoup plus que ce que les scientifiques pensaient auparavant. »
L’auteur correspondant de l’article, l’océanographe Texas A&M Yige Zhang, a déclaré: « Si nos nouveaux enregistrements s’avèrent exacts, ils vont changer beaucoup notre compréhension du cycle du carbone organique. Au fur et à mesure que nous réchauffons l’océan, il rendra plus difficile pour le carbone organique de trouver son chemin pour être enfoui dans le système de sédiments marins. »
Le carbone est le composant principal de la vie, et le carbone circule constamment entre l’atmosphère terrestre et la biosphère à mesure que les plantes et les animaux grandissent et se décomposent. Le carbone peut également circuler à travers la Terre lors d’un voyage qui prend des millions d’années. Cela commence dans les zones de subduction tectonique où les plaques tectoniques relativement minces au sommet des océans sont entraînées sous des plaques plus épaisses qui reposent au sommet des continents. La croûte océanique plongeant vers le bas se réchauffe lorsqu’elle coule, et la majeure partie de son carbone retourne dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone (CO2) des volcans.
Les scientifiques étudient depuis longtemps la quantité de carbone enfouie dans les sédiments océaniques. Les carottes forées au fond de l’océan contiennent des couches de sédiments déposées sur des dizaines de millions d’années. En utilisant la datation radiométrique et d’autres méthodes, les chercheurs peuvent déterminer quand des sédiments spécifiques ont été déposés. Les scientifiques peuvent également en apprendre beaucoup sur les conditions passées sur Terre en étudiant les minéraux et les squelettes microscopiques d’organismes piégés dans les sédiments.
« Il existe deux isotopes du carbone : le carbone 12 et le carbone 13 », a déclaré Torres, professeur adjoint au Département des sciences de la Terre, de l’environnement et des planètes de Rice. « La différence n’est que d’un neutron. Le carbone 13 est donc juste un peu plus lourd.
« Mais la vie est paresseuse, et si quelque chose est plus lourd, même un tout petit peu, il est plus difficile de bouger », a déclaré Torres. « Ainsi, la vie préfère l’isotope plus léger, le carbone 12. Et si vous cultivez une plante et lui donnez du CO2, elle absorbera en fait préférentiellement l’isotope plus léger. Cela signifie que le rapport du carbone 13 à -12 dans la plante va être plus faible – contenir moins de 13 – que dans le CO2 avec lequel vous avez alimenté la plante. »
Pendant des décennies, les scientifiques ont utilisé des rapports isotopiques pour étudier les quantités relatives de carbone inorganique et organique enfoui à des moments précis de l’histoire de la Terre. Sur la base de ces études et de ces modèles informatiques, Torres a déclaré que les scientifiques croyaient en grande partie que la quantité de carbone enfouie avait très peu changé au cours des 30 derniers millions d’années.
Zhang a déclaré: « Nous avons eu cette idée d’utiliser les données réelles et de calculer leurs taux d’enfouissement du carbone organique pour arriver à l’enfouissement mondial du carbone. Nous voulions voir si cette méthode » ascendante « concordait avec la méthode traditionnelle de calculs isotopiques, qui est plus « de haut en bas ». «
La tâche de compiler les données des expéditions de l’IODP a été confiée au premier auteur de l’étude, Ziye Li de Brême, qui était alors étudiant invité dans le laboratoire de Zhang à A&M.
Zhang a déclaré que les résultats de l’étude étaient choquants.
« Nos nouveaux résultats sont très différents – ils sont à l’opposé de ce que suggèrent les calculs isotopiques », a-t-il déclaré.
Zhang a déclaré que c’était particulièrement le cas pendant une période appelée le milieu du Miocène, il y a environ 15 millions d’années. La sagesse scientifique conventionnelle soutenait qu’une grande quantité de carbone organique était enfouie autour de cet intervalle, illustrée par la « Formation de Monterey » riche en matières organiques en Californie. Les découvertes de l’équipe suggèrent plutôt que la plus petite quantité de carbone organique a été enterrée pendant cet intervalle au cours des 23 derniers millions d’années environ.
Il a décrit le document de l’équipe comme le début d’une nouvelle façon potentiellement percutante d’analyser les données qui peuvent aider à comprendre et à lutter contre le changement climatique.
« C’est la curiosité des gens, mais je veux aussi le rendre plus informatif sur ce qui va se passer dans le futur », a déclaré Zhang. « Nous faisons plusieurs choses de manière assez créative pour vraiment utiliser les données paléo pour nous informer sur le présent et l’avenir. »
Plus d’information:
Ziye Li et al, Enfouissement néogène du carbone organique dans l’océan mondial, La nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-022-05413-6