Alerte Océans : La menace imminente de la désoxygénation sur la vie marine

Terre dans l'Océan, Eau

L’oxygène est crucial pour la vie sur Terre, mais la capacité de l’océan à l’absorber diminue en raison du réchauffement climatique, ce qui affecte les écosystèmes marins et les activités humaines. Des recherches impliquant des analyses chimiques et morphologiques de fossiles microscopiques trouvés dans les sédiments marins ont montré que lors d’événements passés de changement climatique, comme le PETM, les niveaux d’oxygène de l’océan tropical ont augmenté, ce qui aurait atténué les extinctions de masse dans les couches supérieures de l’océan, contrairement aux attentes de déplétion générale de l’oxygène.

Niveaux d’oxygène accrus dans l’océan tropical pendant un événement de réchauffement climatique mondial abrupt dans l’histoire géologique

L’oxygène est essentiel pour maintenir la vie sur Terre. L’océan reçoit son oxygène des couches supérieures qui sont en contact avec l’atmosphère. Cependant, à mesure que la Terre se réchauffe, la capacité de l’océan à retenir l’oxygène diminue lentement, entraînant des impacts significatifs sur les écosystèmes marins et les activités humaines qui en dépendent. Bien qu’on s’attende à ce que ces tendances perdurent, la répartition future de l’oxygène à l’intérieur de l’océan reste incertaine. En effet, les courants océaniques et la décomposition biologique de la biomasse ont une plus grande influence que la diffusion atmosphérique dans ces régions.

« Les sédiments marins sont le livre d’histoire de l’océan. En étudiant des intervalles passés de temps où les températures ont augmenté rapidement, nous pouvons obtenir des informations précieuses sur la manière dont l’oxygène et la biologie océaniques ont réagi aux changements climatiques », a déclaré Simone Moretti, auteur principal d’une étude récemment publiée dans le journal de recherche Science.

En utilisant une combinaison de mesures chimiques et morphologiques sur les foraminifères, des fossiles microscopiques préservés dans les sédiments marins depuis des millions d’années, une équipe de chercheurs dirigée par des scientifiques de l’Institut Max Planck de chimie en collaboration avec l’Université de Princeton a reconstruit la réponse de l’oxygénation de l’océan tropical pendant le PETM.

Les isotopes d’azote et la taille des fossiles révèlent la teneur en oxygène de l’eau de mer

Les isotopes d’azote conservés à l’intérieur des fossiles de foraminifères ont permis aux scientifiques de suivre les changements passés dans la dénitrification de la colonne d’eau. Ce processus, au cours duquel le nitrate est converti en azote moléculaire (N2) par des bactéries, se produit uniquement dans les eaux les plus appauvries en oxygène de l’océan : les zones pauvres en oxygène. « Nos mesures ont montré que, contrairement à la plupart des attentes, la dénitrification a diminué pendant le PETM, ce qui implique que les zones pauvres en oxygène de l’océan se sont réduites pendant cet intervalle de réchauffement climatique mondial abrupt », a déclaré Alfredo Martínez-García, responsable du laboratoire au MPIC où l’étude a été menée.

De plus, la taille des fossiles de foraminifères s’est avérée être un élément fondamental du puzzle. La taille du corps des organismes marins permet de lier leur taille à la température ambiante et à la teneur en oxygène de l’eau dans laquelle ils vivent. Une réduction de la taille du corps est une adaptation efficace à un climat plus chaud, car elle permet aux organismes de réduire leur métabolisme en cas de stress.

« De manière remarquable et inattendue, des preuves montrent que les foraminifères planctoniques du Pacifique tropical central ont augmenté de taille pendant le réchauffement du PETM, ce qui implique une hausse de l’oxygène tropical dans les couches supérieures de l’océan », a commenté Curtis Deutsch, professeur de géosciences à l’Université de Princeton, co-auteur de cette étude. Les foraminifères planctoniques vivent dans les couches supérieures de l’océan, contrairement à ceux trouvés au fond.

Une augmentation de l’oxygène aurait pu atténuer les extinctions de masse dans les couches supérieures de l’océan

Le fait que les niveaux d’oxygène dans l’océan tropical aient augmenté plutôt que diminué pendant le réchauffement du PETM fournit également aux chercheurs un indice pour un autre puzzle, celui des changements dans la biodiversité marine. Le PETM a été l’événement d’extinction le plus important parmi les organismes des profondeurs océaniques de l’ère du Cénozoïque, couvrant les 66 derniers millions d’années. Un des nombreux mystères liés au PETM est que, bien que cet important événement d’extinction se soit déroulé à des profondeurs plus grandes, les organismes vivant dans la partie la plus superficielle de l’océan ont été moins affectés.

« L’oxygénation tropicale transitoire révélée par notre étude a peut-être contribué à préserver l’habitabilité malgré un important stress thermique », a déclaré Simone Moretti. « Cependant, pendant le PETM, la faune dans l’océan de surface a néanmoins été fortement impactée, et il a fallu plus de cent mille ans pour que ces écosystèmes se rétablissent vers leur état d’origine, une éternité à l’échelle de temps de la civilisation humaine. »

Référence : “Oxygen rise in the tropical upper ocean during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum” de Simone Moretti, Alexandra Auderset, Curtis Deutsch, Ronja Schmitz, Lukas Gerber, Ellen Thomas, Valeria Luciani, Maria Rose Petrizzo, Ralf Schiebel, Aradhna Tripati, Philip Sexton, Richard Norris, Roberta D’Onofrio, James Zachos, Daniel M. Sigman, Gerald H. Haug et Alfredo Martínez-García, 15 février 2024, Science.
DOI: 10.1126/science.adh4893