Comment la poussière du désert favorise la croissance du phytoplancton dans la mer

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Depuis plusieurs décennies, les scientifiques observent les phénomènes naturels de fertilisation des océans : des épisodes au cours desquels des panaches de cendres volcaniques, de farine glaciaire, de suie des feux de forêt et de poussière du désert sont emportés par le vent et déposés à la surface de l’océan. mer, stimulant des efflorescences massives de phytoplancton. Mais au-delà de ces événements extrêmes, une pluie régulière de particules de poussière parcourt de grandes distances au-dessus de l’océan, favorisant la croissance du phytoplancton pendant la majeure partie de l’année et dans presque tous les bassins océaniques.

Dans une étude publiée le 5 mai 2022 dans la revue Science, une équipe de chercheurs de l’Oregon State University, de l’Université du Maryland, du comté de Baltimore et de la NASA a combiné des observations par satellite avec une modélisation informatique avancée pour expliquer comment la poussière minérale des sols fertilise la croissance du phytoplancton dans l’océan. Le phytoplancton est un ensemble d’organismes microscopiques ressemblant à des plantes qui forment le centre du réseau trophique marin.

Le phytoplancton flotte près de la surface de l’océan, subsistant principalement grâce à la lumière du soleil et aux nutriments minéraux qui bouillonnent des profondeurs ou flottent vers la mer dans le ruissellement côtier. Mais la poussière du désert riche en minéraux – transportée par des vents violents et déposée dans l’océan – joue également un rôle important dans la santé et l’abondance du phytoplancton.

Selon la nouvelle étude, le dépôt de poussière dans l’océan prend en charge environ 4,5% de la production annuelle mondiale d’exportation de carbone, qui est une mesure de la quantité de carbone que le phytoplancton absorbe lors de la photosynthèse et s’enfonce dans les profondeurs des océans. Cependant, cette contribution approche les 20 à 40 % dans certaines régions océaniques aux latitudes moyennes et élevées.

Le phytoplancton joue un rôle important dans le climat de la Terre et dans le cycle du carbone. Comme les plantes terrestres, il contient de la chlorophylle et tire son énergie de la lumière du soleil grâce à la photosynthèse. Il produit de l’oxygène et séquestre une énorme quantité de dioxyde de carbone dans le processus, potentiellement à une échelle comparable aux forêts tropicales humides. Et c’est à la base d’un ordre hiérarchique de nourriture dans tout l’océan qui va du minuscule zooplancton aux poissons et aux baleines.

Les particules de poussière peuvent parcourir des milliers de kilomètres avant de tomber dans l’océan, où elles se nourrissent de phytoplancton à de grandes distances de la source de poussière, a déclaré la co-auteure de l’étude Lorraine Remer, professeure de recherche à l’Université du Maryland dans le comté de Baltimore. . “Nous savions que le transport atmosphérique de la poussière du désert faisait partie de ce qui faisait “cliquer” l’océan, mais nous ne savions pas comment le trouver”, a-t-il déclaré.

La couleur de l’océan garde le secret

Comment la biologie océanique est-elle surveillée à 640 kilomètres (400 miles) au-dessus de la surface de la Terre ? La réponse est : suivre la piste verte de la chlorophylle.

Les auteurs de l’étude, Toby Westberry et Michael Behrenfeld, océanographes en télédétection à l’Oregon State University, ont analysé 14 ans de mesures de la couleur de l’océan recueillies par le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS) à bord du satellite Aqua de la NASA de 2003 à 2016. En suivant des traces précises dans la couleur de l’océan, ils ont pu déterminer non seulement quand et où les proliférations de phytoplancton se sont produites, mais aussi à quel point elles étaient saines et abondantes (sur la base de la concentration de phytoplancton de chlorophylle).

Pour déterminer si le phytoplancton a réagi à la poussière du désert, l’équipe a comparé ses découvertes sur la couleur de l’océan avec les données de sortie du modèle Goddard Earth Observing System (GEOS) des événements de dépôt de poussière) de la NASA pour la même période. Ces événements ont varié en intensité de puissantes tempêtes de poussière sahariennes à des panaches relativement vaporeux au large de la côte ouest des États-Unis. Ils ont découvert que même de modestes quantités de poussière du désert augmentaient la masse et amélioraient la santé des efflorescences de phytoplancton dans presque tous les endroits où ils ont fait des observations.

Des études antérieures s’étaient concentrées sur de grands événements localisés – éruptions volcaniques, incendies de forêt, tempêtes de poussière extrêmes – qui ont rejeté d’énormes quantités de particules organiques et minérales dans l’air. Dans d’autres études, les chercheurs ont intentionnellement stimulé la croissance du phytoplancton en « ensemençant » du fer, un nutriment clé mais souvent limité dans l’océan, dans l’eau de mer.

“Nous avons observé que la réponse du phytoplancton ne se produisait pas seulement dans les régions pauvres en fer de l’océan”, a déclaré Hongbin Yu, co-auteur et scientifique au Goddard Space Flight Center de la NASA. « Les réponses se produisaient partout dans le monde. En ajoutant un peu de nutriments, il se passera quelque chose dans l’eau.

Les avantages nutritionnels de la poussière du désert ne se limitent pas au fer, ont déclaré les scientifiques. Les particules de poussière contiennent d’autres nutriments dont les plantes ont besoin, en particulier du phosphore et de l’azote.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires car le changement climatique affecte les conditions météorologiques, l’humidité du sol et d’autres facteurs qui influencent la façon dont la poussière se déplace vers l’océan, a déclaré Remer.

“À mon avis, la partie la plus intéressante de ce que nous avons accompli ici a été de réunir des océanographes et des scientifiques de l’atmosphère autour de la même table.”

Sally Jeune
Équipe des nouvelles sur les sciences de la Terre