Les scientifiques montrent qu'une circulation océanique plus faible pourrait accroître l'accumulation de CO₂ !
Le ralentissement des courants océaniques, tels que l'AMOC, peut avoir des répercussions majeures sur la redistribution de la chaleur terrestre, qui est trop importante sous les tropiques et insuffisante aux pôles, mais peut également modifier les puits de CO₂ dans les océans.
Avec le changement climatique, la circulation océanique pourrait s'affaiblir considérablement. Toutefois, une circulation plus lente devrait également permettre de retirer des profondeurs de l'océan moins de carbone qui serait autrement rejeté dans l'atmosphère. Dans l'ensemble, l'océan devrait continuer à jouer son rôle dans la réduction des émissions de carbone dans l'atmosphère, mais à un rythme plus lent.
Les océans, puits de CO₂ moins efficaces dans un monde qui se réchauffe
Une nouvelle étude réalisée par un chercheur du MIT et publiée dans Nature Communications conclut que les scientifiques pourraient être amenés à repenser la relation entre la circulation des océans et leur capacité à stocker du carbone à long terme. En s'affaiblissant, l'océan pourrait libérer davantage de carbone des profondeurs dans l'atmosphère.
La raison est liée à une rétroaction auparavant non caractérisée entre le fer disponible dans l'océan, le carbone et les nutriments remontants, les micro-organismes de surface et une classe peu connue de molécules généralement appelées "ligands".
Lorsque l'océan circule plus lentement, tous ces acteurs interagissent dans un cycle auto-entretenu qui, en fin de compte, augmente la quantité de carbone que l'océan rejette dans l'atmosphère.
"En isolant l'impact de cette rétroaction, nous constatons une relation fondamentalement différente entre la circulation océanique et les niveaux de carbone atmosphérique, avec des implications pour le climat", explique l'auteur de l'étude, Jonathan Lauderdale, chercheur au département des sciences de la terre, de l'atmosphère et des planètes du MIT.
Selon M. Lauderdale, ces résultats montrent que "nous ne pouvons pas compter sur l'océan pour stocker le carbone en profondeur en réponse aux changements futurs de la circulation. Nous devons prendre les devants et réduire les émissions dès maintenant, plutôt que de compter sur ces processus naturels pour gagner du temps afin d'atténuer le changement climatique.
Modélisation en boîte
En 2020, M. Lauderdale a dirigé une étude portant sur les nutriments océaniques, les organismes marins et le fer, et sur la manière dont leurs interactions influencent la croissance du phytoplancton dans le monde entier.
Le phytoplancton est un organisme végétal microscopique qui vit à la surface de l'océan et se nourrit de carbone et de nutriments provenant des profondeurs de l'océan et de fer provenant de la poussière du désert.
Plus il y a de phytoplancton, plus il peut absorber de dioxyde de carbone de l'atmosphère par photosynthèse, ce qui joue un rôle important dans la capacité de l'océan à piéger le carbone.
Pour l'étude de 2020, l'équipe a mis au point un modèle simple de "boîte", qui représente les conditions dans différentes parties de l'océan comme des boîtes générales, chacune avec un équilibre différent de nutriments, de fer et de ligands, des molécules organiques considérées comme des sous-produits du phytoplancton.
L'équipe a modélisé un flux général entre les boîtes pour représenter la circulation générale de l'océan : la façon dont l'eau de mer s'enfonce puis est repoussée à la surface dans différentes parties du monde.
Ce modèle a révélé que même si les scientifiques "ensemençaient" les océans avec du fer supplémentaire, ce dernier n'aurait pas beaucoup d'effet sur la croissance globale du phytoplancton. La raison en est la limite fixée par les ligands.
Il s'avère que, laissé à lui-même, le fer est insoluble dans l'océan et donc indisponible pour le phytoplancton. Le fer ne devient soluble à des niveaux "utiles" que lorsqu'il se lie à des ligands, qui le maintiennent sous une forme que le plancton peut consommer.
Lauderdale a constaté que l'ajout de fer dans une région océanique pour consommer des nutriments supplémentaires prive d'autres régions des nutriments dont le phytoplancton a besoin pour se développer. Cela réduit la production de ligands et l'apport de fer dans la région océanique d'origine, limitant ainsi la quantité de carbone supplémentaire qui serait absorbée par l'atmosphère.
Des résultats inattendus avec des changements dans la circulation océanique
Une fois que l'équipe a publié son étude, Lauderdale a transformé le modèle en boîte pour le rendre accessible au public, en incluant les échanges de carbone entre l'océan et l'atmosphère et en élargissant les boîtes pour représenter des environnements plus divers, tels que des conditions similaires à celles de l'océan Pacifique, de l'Atlantique Nord et de l'océan Austral.
Ce faisant, il a testé d'autres interactions au sein du modèle, notamment l'effet des variations de la circulation océanique.
Plus la circulation océanique est faible, plus le CO₂ s'accumule dans l'atmosphère
Il a fait tourner le modèle avec différentes intensités de circulation, s'attendant à ce que le dioxyde de carbone atmosphérique diminue lorsque le renversement océanique est plus faible, une relation que des études antérieures, remontant aux années 1980, ont confirmée. Mais il a découvert une tendance claire et opposée : plus la circulation océanique est faible, plus le CO₂ s'accumule dans l'atmosphère.
"J'ai pensé qu'il y avait une erreur", se souvient M. Lauderdale. "Pourquoi les niveaux de carbone dans l'atmosphère affichaient-ils une tendance erronée ?
Lorsqu'il a révisé le modèle, il a découvert que le paramètre décrivant les ligands océaniques avait été laissé activé en tant que variable. En d'autres termes, le modèle calculait des concentrations de ligands qui changeaient d'une région océanique à l'autre.
Intuitivement, Lauderdale a désactivé ce paramètre, ce qui a rendu les concentrations de ligands constantes dans tous les environnements océaniques modélisés, une hypothèse que de nombreux modèles océaniques font souvent. Ce changement a inversé la tendance pour revenir à la relation supposée : une circulation plus faible a entraîné une réduction du dioxyde de carbone atmosphérique. Mais quelle tendance était la plus proche de la vérité ?
Lauderdale a analysé les quelques données disponibles sur les ligands océaniques pour voir si leurs concentrations étaient plus constantes ou plus variables dans l'océan réel. Il a trouvé confirmation dans GEOTRACES, une étude internationale qui coordonne les mesures d'éléments traces et d'isotopes dans les océans du monde entier, que les scientifiques peuvent utiliser pour comparer les concentrations d'une région à l'autre.
En fait, les concentrations des molécules variaient. Si les concentrations de ligands changent d'une région à l'autre, leur nouveau résultat surprenant est probablement représentatif de l'océan réel : une circulation plus faible entraîne plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
"C'est cette étrange astuce qui a tout changé", explique M. Lauderdale. "Le changement de ligand a révélé une relation complètement différente entre la circulation océanique et le CO₂ atmosphérique, que nous pensions comprendre assez bien.
Cycle lent des courants océaniques : plus de CO2 dans l'atmosphère, plus de réchauffement supplémentaire
Pour déterminer ce qui pourrait expliquer cette tendance inversée, Lauderdale a analysé l'activité biologique et les concentrations de carbone, de nutriments, de fer et de ligands dans le modèle océanique sous différentes intensités de circulation, en comparant des scénarios dans lesquels les ligands étaient variables ou constants dans les différentes boîtes.
Cela a révélé une nouvelle rétroaction : plus la circulation océanique est faible, moins l'océan extrait de carbone et de nutriments des profondeurs. Le phytoplancton de surface aura alors moins de ressources pour se développer et, par conséquent, produira moins de sous-produits (y compris des ligands).
"Mon travail montre que nous devons examiner de plus près comment la biologie des océans peut affecter le climat", explique M. Lauderdale. "Certains modèles climatiques prévoient un ralentissement de 30 % de la circulation océanique en raison de la fonte des calottes glaciaires, en particulier autour de l'Antarctique.
"Cet énorme ralentissement de la circulation inverse pourrait en fait être un gros problème : en plus d'une foule d'autres problèmes climatiques, non seulement l'océan absorberait moins de CO₂ anthropique de l'atmosphère, mais cela pourrait être amplifié par un dégazage net de carbone de l'océan profond, ce qui entraînerait une augmentation imprévue du CO₂ atmosphérique et un réchauffement climatique supplémentaire inattendu."
Référence de l'article :
Lauderdale, J.M . Ocean iron cycle feedbacks decouple atmospheric CO2 from meridional overturning circulation changes, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49274-1.