Les scientifiques découvrent les moteurs du cycle mondial du zinc dans nos océans, avec des implications sur le changement climatique

Le rôle important de l'océan Austral dans les processus biologiques mondiaux et le cycle du carbone a été une nouvelle fois confirmé par une étude publiée dans Science qui, pour la première fois basé sur des preuves de terrain, révèle le rôle sous-estimé des particules inorganiques de zinc (Zn) 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 Zn, 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 et en particulier aux proliférations de phytoplancton polaire.

Lorsque les proliférations de phytoplancton disparaissent, du Zn est libéré. Mais jusqu’à présent, les scientifiques ont été perplexes car une disjonction a été observée entre le Zn 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 Zn 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 Zn des océans.

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 de l'environnement marin (LEMAR) en France, a participé à deux de ces expéditions. “L'étude de l'océan Austral est d'une importance capitale car il constitue une plaque tournante de la circulation océanique mondiale. Les processus qui se produisent dans l'océan Austral sont imprimés sur les masses d'eau qui sont ensuite transportées vers les océans Atlantique, Indien et Pacifique”, explique-t-il.

En collaboration avec des chercheurs de l'Université de Princeton, des Universités de Chicago et de Californie à Santa Cruz, ainsi que de 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 a permis eux pour étudier les échantillons au niveau atomique et moléculaire.

Démêler les moteurs du cycle mondial du Zn dans nos océans

En été, il semble qu’une productivité plus élevée entraîne une plus grande abondance de Zn 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 Zn associées à des débris issus de roches et de terre, ainsi qu'à des poussières atmosphériques, présentes dans ces échantillons.

En haute mer, l'interaction entre l'association ou la dissociation du Zn des particules est essentielle pour reconstituer le Zn dissous afin de soutenir la vie marine.

Cloete explique : « En raison des mauvaises conditions de croissance en hiver, les particules de Zn 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 dotés de squelettes. fait de silice, expliquant ainsi la forte association entre le Zn et la silice dans les océans.

En d’autres termes, lorsque le Zn est lié à un ligand organique, il est facilement absorbé par la vie marine telle que le phytoplancton. Cependant, le Zn 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 Zn peuvent former de gros agrégats et couler dans les profondeurs de l’océan, où elles ne peuvent plus être absorbées par le phytoplancton.

Implications pour le changement climatique

Cette compréhension du cycle mondial du Zn a des implications importantes dans le contexte du réchauffement des océans, prévient Roychoudhury. “Un climat plus chaud augmente l'érosion, entraînant plus de poussière dans l'atmosphère et, par conséquent, davantage de poussière déposée dans les océans. Plus de poussière signifie plus de particules de Zn, ce qui entraîne moins de Zn disponible pour soutenir le phytoplancton et d'autres formes de vie marine.”

Cloete affirme que leur nouvelle approche pour étudier le cycle océanique du Zn ouvre désormais la porte à l’étude d’autres micronutriments importants. “Comme le Zn, la répartition du cuivre, du cadmium et du cobalt pourrait également connaître des changements induits par le climat à l'avenir”, a déclaré Cloete.

Pour Roychoudhury, les résultats réaffirment l'influence mondiale de l'océan Austral dans la régulation du climat et du réseau trophique marin.

“Le système Terre est intimement couplé 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 produisant au niveau moléculaire peuvent influencer des processus globaux comme le réchauffement de notre planète”, a déclaré Roychoudhury.