Nous sommes allés au fond de l'océan pour étudier comment sa chimie façonne le climat de notre planète, allant même jusqu'à chasser des volcans sous-marins crachant de la lave pour ce faire. Mais il s’avère que nous avons peut-être manqué quelque chose de bien plus proche de chez nous : l’eau sous nos pieds.
Dans une étude publiée récemment dans Communications naturellesle Dr Yael Kiro, géochimiste au Département des sciences de la Terre et des planètes de l'Institut des sciences Weizmann, présente de nouvelles informations surprenantes sur l'échange d'eau et de produits chimiques entre l'océan et les aquifères côtiers, les réservoirs d'eau souterraine situés sous les régions côtières. Ses recherches montrent que ces flux d'eau cachés peuvent avoir un effet puissant sur la chimie de l'océan, un effet qui pourrait rivaliser avec l'impact des rivières et des cheminées volcaniques des grands fonds.
« Pendant des années, je me suis demandé si la quantité de produits chimiques circulant entre les aquifères côtiers et l'océan avait été mesurée », explique Kiro. « J'ai supposé que quelqu'un devait déjà l'avoir fait, mais je n'ai trouvé aucune étude traitant de la question en détail. Il m'a fallu des années pour trouver le courage de m'y pencher moi-même. »
Son intérêt pour les aquifères a commencé dans le bassin salé et brûlé par le soleil de la mer Morte. En tant que doctorat. Étudiant en hydrologie, Kiro a étudié les dolines de la région, un phénomène dramatique causé par la dissolution des couches de sel sous la surface du sol par les eaux souterraines. Contrairement aux hypothèses courantes, l’aquifère local contenait non seulement de l’eau douce mais aussi de l’eau salée riche en minéraux, ce qui laisse penser aux processus chimiques qu’il pourrait déclencher sous la surface.
Kiro s'est rendu compte que les découvertes de la Mer Morte pourraient faire la lumière sur les processus se produisant dans les aquifères du monde entier, même si cela nécessiterait une approche totalement différente. « C'est à ce moment-là que j'ai commencé à réfléchir : je veux étudier cela un jour dans les océans », dit-elle.
Climat, chimie et carbone
La chimie des océans est cruciale pour notre compréhension du climat. L’océan absorbe des quantités massives de dioxyde de carbone de l’atmosphère, contribuant ainsi à réguler les températures mondiales. Mais la quantité qu’il peut absorber et à quelle vitesse dépend de la chimie de son eau.
« Lorsque nous essayons de comprendre comment l'océan réagit à l'augmentation des niveaux de CO₂ liée au changement climatique, nous devons déterminer ce qui contrôle son équilibre chimique », explique Kiro.
Jusqu’à présent, les scientifiques se concentraient principalement sur les rivières en tant que source majeure de produits chimiques entrant dans l’océan. Une autre source bien étudiée se trouve au fond de la mer : des écoulements d'eau extrêmement chauds et riches en produits chimiques générés par l'activité volcanique au fond de l'océan, où les crêtes montagneuses sont formées par le mouvement des plaques tectoniques. Mais les aquifères côtiers ont rarement été étudiés dans ce contexte, et personne n’a tenté de quantifier leur effet sur la chimie des océans.
Pour comprendre cet effet, Kiro a eu une idée originale et créative. Elle a comparé deux types d’échantillons d’eau aquifère collectés par d’autres chercheurs : ceux prélevés sur des sites de forage profonds à plusieurs centaines de mètres à l’intérieur des terres et ceux obtenus plus près du rivage, juste sous le littoral lui-même.
Elle a découvert une différence surprenante. Dans les échantillons prélevés près du littoral, la chimie de l’eau de l’aquifère n’a été que légèrement affectée par le mélange avec l’eau de mer poussée dans l’aquifère par les marées et les vagues – un processus à court terme prenant au maximum un an. Mais les échantillons plus profonds contenant de l’eau de mer qui s’infiltrent dans l’aquifère en raison des différences de densité de l’eau – un processus à long terme prenant des décennies, voire des siècles – ont montré une signature d’eau de mer beaucoup plus forte. Kiro a conclu qu'une interaction lente mais régulière avec l'eau de mer à travers les sédiments avait transformé la composition de l'eau dans les profondeurs des aquifères au fil du temps.
Pour aller plus loin, Kiro a calculé les quantités d'éléments chimiques tels que le calcium, le magnésium, le sodium et le potassium qui se déplaçaient entre les aquifères et l'océan. Elle a déterminé leurs concentrations dans différentes régions et a étendu ces chiffres au niveau mondial. Une tendance claire s’est dégagée : certains éléments s’écoulaient constamment dans l’océan, tandis que d’autres en étaient retirés.
L'un des éléments était le calcium, qui joue un rôle indirect mais crucial dans le cycle du carbone terrestre. Lorsque le CO₂ se désintègre dans l’eau des océans, l’un de ses produits de dégradation est le carbonate qui, dans une série de réactions biochimiques et géochimiques, se lie au calcium pour former du carbonate de calcium, le minéral qui constitue la coquille des organismes marins. Lorsque ces organismes meurent, leurs coquilles s’enfouissent dans le fond marin, emprisonnant le carbone pendant des milliers, voire des millions d’années. En d’autres termes, le calcium affecte la capacité de l’océan à piéger le CO₂ atmosphérique sous une forme solide et stable, servant ainsi de régulateur naturel du climat de la planète.
Les calculs de Kiro ont montré que les aquifères côtiers contribuent à l'eau des océans à hauteur d'environ 5 téramoles de calcium par an, contre environ 13 téramoles pour les rivières et 1,6 pour les évents des fonds marins. Cela représente une part substantielle, et cela signifie que ces aquifères jouent un rôle réel – et négligé – dans le cycle mondial du carbone.
Dans le même temps, d’autres éléments comme le sodium et le potassium sont éliminés de l’océan vers les aquifères : parce qu’ils ont tendance à rester dans l’aquifère, l’eau quittant l’aquifère contenait sensiblement moins de ces éléments que ce qui y était entré.
Une pièce manquante du puzzle climatique
Ces processus jusqu’alors non documentés ajoutent une couche entière à notre compréhension de la chimie des océans. Et c’est encore plus important face au changement climatique.
À mesure que le niveau de la mer augmente, davantage d’eau de mer est poussée vers les aquifères côtiers, ce qui modifie le flux de produits chimiques entrant et sortant de l’océan d’une manière qui pourrait potentiellement améliorer la capture du carbone par l’eau des océans. C'est la bonne nouvelle. Mais il y a un inconvénient : une plus grande quantité d'eau de mer peut également contaminer les aquifères d'eau douce en les rendant plus salés et en mettant en danger nos réserves d'eau douce.
« La salinisation des aquifères pourrait se produire plus rapidement que ne le prévoient les modèles actuels, ce qui doit être pris en compte dans la gestion des ressources en eau côtières », explique Kiro.
Avec des centaines de milliers de kilomètres de côtes à travers le monde, les implications de son étude sont mondiales. « Nous avons montré qu'il existe tout un système caché sous le littoral dont nous ignorions l'existence », explique Kiro. « Pour les scientifiques qui tentent de comprendre la chimie des océans et le rôle des océans dans le cycle du carbone à long terme de la planète, ce système ajoute une pièce manquante importante. »
