Des recherches approfondies ont identifié le rôle essentiel du zinc dans la régulation de l'impact de l'océan Austral sur le climat mondial et l'écosystème marin, reliant sa dynamique à des effets environnementaux et climatiques plus larges. Crédit : Issues.fr.com
En fouillant dans les profondeurs de l'océan Austral, des recherches récentes ont mis en lumière le rôle central du zinc dans le cycle océanique du carbone et ses impacts environnementaux plus larges.
Une étude met en évidence le rôle critique du zinc inorganique dans l'influence de l'océan Austral sur les processus biologiques mondiaux et le cycle du carbone. Il met l'accent sur les interactions entre le zinc et d'autres nutriments marins, la méthodologie d'utilisation des expéditions en haute mer pour la collecte de données et l'impact du zinc sur la productivité du phytoplancton. La recherche souligne les implications futures pour le changement climatique et la biodiversité marine.
Rôle de l'océan Austral dans les cycles mondiaux
Une nouvelle étude publiée cette semaine dans la revue Science confirme une fois de plus le rôle important de l’océan Austral dans les processus biologiques mondiaux et le cycle du carbone. Il révèle, pour la première fois sur la base de preuves de terrain, le rôle sous-estimé des particules inorganiques de zinc dans ces cycles.
L’océan Austral joue le plus grand rôle dans la productivité mondiale du phytoplancton, responsable de l’absorption du dioxyde de carbone atmosphérique. Dans ces processus, le zinc, présent à l'état de traces dans l'eau de mer, est un micronutriment essentiel essentiel à de nombreux processus biochimiques dans les organismes marins, en particulier pour les proliférations de phytoplancton polaire.
L'équipe d'Afrique du Sud se prépare à embarquer à bord du navire de recherche polaire sud-africain, le SA Agulhas II, pour l'expédition 2019 en Antarctique. Crédit : Wiida Fourie-Basson
Interaction du zinc avec les nutriments marins
Lorsque les fleurs de phytoplancton disparaissent, du zinc est libéré. Mais jusqu’à présent, les scientifiques étaient perplexes car il y avait une disjonction entre le zinc et le phosphore, un autre nutriment essentiel à la vie dans les océans, même si les deux nutriments sont colocalisés dans des régions similaires du phytoplancton. Au lieu de cela, un couplage fort (mais inexplicable) entre le zinc et la silice dissoute est souvent observé.
Le professeur Alakendra Roychoudhury, spécialiste de la biogéochimie environnementale et marine à l'Université de Stellenbosch (SU) et co-auteur de l'article, affirme qu'ils peuvent désormais, pour la première fois, expliquer avec confiance les processus biogéochimiques à l'origine du cycle du zinc des océans.
Une rosace Conductivité-Température-Profondeur (CTD) abritant 24 bouteilles GO-FLO sur le point d'être descendues à une profondeur de 4 500 mètres sous la surface lors de l'expédition SA Agulhas II 2019 en Antarctique. Crédit : Université de Stellenbosch
Expéditions et méthodologies de recherche
Depuis 2013, le groupe de recherche de Roychoudhury au Département des sciences de la Terre de la SU a rejoint trois expéditions du navire de recherche polaire sud-africain, le SA Agulhas II. En traversant le vaste océan Austral en direction de l'Antarctique, été comme hiver, l'équipe a collecté des échantillons d'eau de mer à la surface et dans les profondeurs de l'océan, ainsi que des sédiments.
Le Dr Ryan Cloete, co-premier auteur de l'article et actuellement chercheur postdoctoral au Laboratoire des sciences environnementales marines (LEMAR) en France, a participé à deux de ces expéditions : « L'étude de l'océan Austral est si importante car elle agit comme un plaque tournante centrale de la circulation océanique mondiale. Les processus qui se produisent dans l’océan Austral s’impriment sur les masses d’eau qui sont ensuite transportées vers les océans Atlantique, Indien et Pacifique », explique-t-il.
Travailler avec des chercheurs de université de Princetonles universités de Chicago et de Californie à Santa Cruz, ainsi que l'Institut Max Planck de chimie, les échantillons ont été soumis à une analyse détaillée particule par particule, à l'aide de techniques spectroscopiques à rayons X dans une installation synchrotron, ce qui leur a permis d'étudier la échantillons au niveau atomique et moléculaire.
Le Dr Ryan Cloete à bord du navire de recherche polaire SA Agulhas II lors de l'expédition de 2019 à travers l'océan Austral jusqu'en Antarctique, échantillonnant des métaux traces en cours de route. Crédit : Université de Stellenbosch
Dynamique saisonnière du zinc et implications climatiques
En été, il semble qu’une productivité plus élevée entraîne une plus grande abondance de zinc dans la fraction organique de la surface de l’océan, qui peut facilement devenir disponible pour être absorbée par le phytoplancton. Mais les chercheurs ont également trouvé de fortes concentrations de zinc associées à des débris issus de roches et de terre, ainsi qu'à de la poussière atmosphérique, présents dans ces échantillons.
En haute mer, l'interaction entre l'association ou la dissociation du zinc des particules est essentielle pour reconstituer le zinc dissous afin de soutenir la vie marine.
Cloete explique ses découvertes : « En raison des mauvaises conditions de croissance en hiver, les particules de zinc sont littéralement « piégées » par des solides inorganiques tels que la silice, abondamment disponible sous forme de diatomées, ainsi que par des oxydes de fer et d'aluminium. Les diatomées sont des microalgues – des organismes unicellulaires dont le squelette est en silice – expliquant ainsi la forte association entre le zinc et la silice dans les océans.
En d’autres termes, lorsque le zinc est lié à un ligand organique, il est facile à absorber par la vie marine telle que le phytoplancton. Cependant, le zinc dans une phase minérale n’est pas facile à dissoudre et ne sera donc pas facilement disponible pour être absorbé. Sous cette forme, les particules de zinc peuvent former de gros agrégats et couler dans les profondeurs de l'océan, où elles ne peuvent plus être absorbées par le phytoplancton.
Orientations futures et impact mondial
Cette compréhension du cycle mondial du zinc a des implications importantes dans le contexte du réchauffement des océans, prévient Roychoudhury : « Un climat plus chaud augmente l'érosion, entraînant davantage de poussière dans l'atmosphère et, par conséquent, davantage de poussière déposée dans les océans. Plus de poussière signifie plus de particules de zinc, ce qui entraîne moins de zinc disponible pour soutenir le phytoplancton et les autres espèces marines.
Cloete affirme que leur nouvelle approche pour étudier le cycle océanique du zinc ouvre désormais la porte à l’étude d’autres micronutriments importants : « Comme le zinc, la distribution du cuivre, du cadmiun et du cobalt pourrait également connaître des changements induits par le climat à l’avenir. »
Pour Roychoudhury, les résultats réaffirment l'influence mondiale de l'océan Austral dans la régulation du climat et du réseau trophique marin : « Le système terrestre est étroitement lié à des processus physiques, chimiques et biologiques avec des boucles de rétroaction auto-correctrices pour moduler la variabilité et annuler le changement climatique. Nos découvertes sont un excellent exemple de ce couplage où les processus biochimiques se déroulant au niveau moléculaire peuvent influencer des processus globaux comme le réchauffement de notre planète.
