Au cours des 1,2 million d’années écoulées, la vie marine s’est éteinte à plusieurs reprises dans les « zones mortes » à faible teneur en oxygène du Pacifique Nord pendant les climats chauds et glacés.

Une analyse de carottes de sédiments prélevées dans la mer de Béring a révélé une relation récurrente entre des climats plus chauds et des explosions soudaines de « zones mortes » à faible teneur en oxygène dans le Pacifique Nord subarctique au cours des 1,2 million d’années écoulées.

La nouvelle étude, dirigée par des chercheurs de l’Université de Californie à Santa Cruz, a été publiée le 2 juin 2021 dans ، progrès scientifique. Les résultats fournissent des informations importantes pour comprendre les causes de l’hypoxie ou « hypoxie » dans le Pacifique Nord et pour prédire l’apparition de futurs cas d’hypoxie.

Les échantillons de sédiments de la mer de Béring portent un enregistrement d’événements passés de faible teneur en oxygène sous la forme de sédiments stratifiés ou « encapsulés ». Crédit : IODP

« Il est essentiel de comprendre si le changement climatique pousse les océans vers un » point de non-retour « d’hypoxie soudaine et sévère qui détruirait les écosystèmes, les sources de nourriture et les économies », a déclaré la première auteure Carla Knudson, qui a dirigé l’étude en tant qu’étudiante diplômée.

Les chercheurs ont basé leurs découvertes sur l’analyse de carottes de sédiments profonds provenant d’un site de la mer de Béring. Sur de longues périodes de temps, les sédiments se déposent et s’accumulent sur le fond marin. L’activité des organismes vivant dans les sédiments du fond marin les perturbe généralement et les mélange au fur et à mesure qu’ils s’accumulent, mais si l’hypoxie tue ces organismes, un schéma ordonné de stratification est maintenu. Ainsi, les scientifiques peuvent trouver un enregistrement des événements d’hypoxie passés sous la forme de ces sédiments stratifiés ou « lamellaires » dans des carottes creusées dans le fond marin.

Les scientifiques connaissent depuis longtemps un épisode à grande échelle d’hypoxie généralisée dans le Pacifique Nord à la fin de la dernière période glaciaire, lorsque la fonte des calottes glaciaires a entraîné un afflux massif d’eau douce dans l’océan. La nouvelle étude fournit les premiers enregistrements d’événements passés de faible teneur en oxygène et montre que ce dernier événement n’était pas représentatif de la plupart de ces événements en termes de mécanismes ou de calendrier.

« Il ne faut pas autant de perturbations que la fonte des calottes glaciaires pour que cela se produise », a déclaré l’auteur correspondante Anna Cristina Ravello, professeure d’océanographie à l’Université de Californie à Santa Cruz. « Les événements hypoxiques soudains sont en fait courants dans les archives géologiques et ne sont généralement pas associés à la décomposition. Ils se produisent presque toujours pendant les périodes chaudes et glaciales, comme celles dans lesquelles nous nous trouvons actuellement. « 

L’hypoxie survient après la croissance intense du phytoplancton (algues marines) dans les eaux de surface. Lorsque le phytoplancton meurt, il s’enfonce profondément dans l’océan et se décompose, épuisant l’oxygène et libérant du dioxyde de carbone dans l’eau sous la surface. Cependant, la cause de ces événements reste incertaine. Le réchauffement des océans, l’élévation du niveau de la mer et la disponibilité du fer (un facteur limitant pour la croissance du phytoplancton) semblent tous jouer un rôle.

« Notre étude montre que l’élévation du niveau de la mer, qui se produit pendant les climats chauds et glacés, a contribué à ces événements anoxiques », a déclaré Knudson. « À mesure que le niveau de la mer augmente, le fer dissous peut être transporté des plateaux continentaux inondés vers l’océan ouvert et favoriser la croissance du phytoplancton condensé dans les eaux de surface. »

Bien que l’élévation du niveau de la mer soit une condition préalable en arrière-plan, elle ne suffit pas à elle-même à provoquer l’anoxie. Les changements dans la circulation océanique, y compris la montée des eaux à la surface pour apporter plus de nutriments aux eaux de surface et des courants plus forts qui peuvent déplacer le fer du plateau continental vers l’océan, peuvent jouer un rôle essentiel, a déclaré Knudson.

Actuellement, des zones mortes régionales se produisent dans les régions côtières du monde entier en raison des effets de la température du réchauffement climatique, ainsi que de l’enrichissement des eaux côtières en nutriments provenant des engrais agricoles. Mais même la zone morte massive à l’embouchure du Mississippi est pâle par rapport à l’hypoxie généralisée qui s’est produite dans le Pacifique Nord à la fin de la dernière période glaciaire.

Parce que la nouvelle étude est basée sur les sédiments d’un seul site, les chercheurs ne connaissent pas l’étendue des zones mortes qu’elle enregistre – qu’elles soient confinées à la mer de Béring ou s’étendent sur le bord de l’océan Pacifique Nord comme dans la plupart des événement récent.

Des membres d’équipage du navire de recherche JOIDES Resolution ont excavé des échantillons de sédiments des fonds marins de la mer de Béring lors de l’expédition IODP de 2009 impliquant l’océanographe Christina Ravello de l’Université de Californie, Afrique du Sud. Crédit : Carlos Alvarez Zarician, IODP/TAMU

« Nous ne savons pas à quel point il était répandu, mais nous savons qu’il a été très grave et a duré plus longtemps que l’événement de dissolution bien étudié », a déclaré Ravello, coprésident du programme intégré de forage océanique, Expedition 323. , qui a récupéré les carottes de la mer de Béring en 2009.

Les carottes enregistrent de multiples événements au cours de chaque période interglaciaire de la période glaciaire, avec des transitions abruptes à mesure que des sédiments stratifiés apparaissent et disparaissent dans la carotte, a déclaré Knudson.

Les nouvelles découvertes soulèvent des inquiétudes quant à savoir si le changement climatique et le réchauffement des océans conduiront à un point de basculement qui conduirait à une hypoxie généralisée dans le Pacifique Nord.

« Le système est mis en place pour ce genre d’événement », a déclaré Ravello. « Nous devons voir à quel point il est étendu et nous devons repenser le déroulement de ces événements, car nous savons maintenant qu’il ne nécessite pas de perturbation majeure. Cette étude ouvre la voie à de nombreux travaux de suivi. »

Référence : « Causes and timing of recurrent Pacific sub-Arctic hypoxie » par Carla B. Knudson, Anna Christina Ravello, Ivano W. Aiello, Christina B. Knudson, Michelle K. Drake et Tatsuhiko Sakamoto, 2 juin 2021, progrès scientifique.
DOI : 10.1126 / sciadv.abg2906

Outre Knudson et Ravelo, les co-auteurs de l’article incluent Ivano Aiello des laboratoires marins de Moss Landing, Christina Knudson de l’Université St. Thomas au Minnesota, Michelle Drake de l’Université de Californie à Santa Cruz et Tatsuhiko Sakamoto de l’Université Mi au Japon. .