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Les sources hydrothermales : une source insoupçonnée de fer dissous dans l'océan

Pouvoir faire l'inventaire précis des sources du fer dissous dans l'océan est un challenge très important pour les scientifiques, car le fer dissous contribue à l'absorption du dioxyde de carbone atmosphérique par l'océan. Or, une équipe franco-australienne(1) vient pour la première fois de mettre en évidence l'importance des apports en fer dissous par les sources hydrothermales, lesquels avaient été négligés jusqu'alors, et de les quantifier : dans l'océan Austral, ils seraient équivalents, voire supérieurs, aux apports par les poussières atmosphériques. Ces résultats sont parus dans la revue Nature Geoscience du 14 mars.

Le fer est un micronutriment qui joue un rôle majeur dans le cycle du carbone océanique en favorisant la croissance du phytoplancton, principal acteur de l'absorption biologique du carbone atmosphérique (CO2) par les océans. Or, sans cette pompe biologique(2), la concentration de CO2 dans l'atmosphère serait le double de ce qu'elle est aujourd'hui. Le fer a donc un impact sur le climat, au point que quantifier tous ses apports à l'océan s'avère essentiel.

Jusqu'à très récemment, les apports de fer à l'océan par les sources hydrothermales (geysers associés au volcanisme sous-marin et situés le long des dorsales océaniques) étaient considérés comme insignifiants par rapport aux autres apports issus, par ordre d'importance croissante, de la fonte des icebergs, des poussières atmosphériques et de la dissolution des sédiments marins. En effet, on considérait que la totalité du fer injecté par ces sources sous forme soluble était tout de suite oxydée par l'eau de mer et précipitait sous forme de sédiments riches en fer.

Cependant, deux types de résultats publiés en 2008 et 2009 ont mis la puce à l'oreille d'une équipe franco-australienne (1) :
* d'une part, une analyse fine de la spéciation du fer sortant des sources hydrothermales a montré qu'une petite fraction de celui-ci était complexée par des molécules organiques et de ce fait stabilisée sous forme dissoute ;
* d'autre part, des mesures réalisées en profondeur loin d'une source hydrothermale ont montré une corrélation inattendue, sous la forme d'une relation linéaire, entre les concentrations en hélium 3 (3He), lequel ne peut provenir à cette profondeur que des apports hydrothermaux, et les concentrations en fer dissous, ce qui suggérait là aussi qu'une fraction du fer dissous injecté par les geysers devait échapper à la précipitation.

Souhaitant creuser la question, les chercheurs de cette équipe ont estimé le flux annuel mondial de fer dissous issu des sources hydrothermales, à partir des flux connus d'hélium 3 qu'elles émettent et en s'appuyant sur la relation linéaire hélium 3 / fer trouvée par leurs collègues : ce flux représenterait 0,2 % du flux total de fer injecté dans l'océan par ces sources.

Ils ont également montré, en utilisant une modélisation couplant la biogéochimie marine (croissance des algues) à la circulation océanique, que les mesures in situ de la distribution du fer dissous, réalisées dans l'océan Austral lors des campagnes BONUS-GOODHOPE et CASO-SR3-GEOTRACES, ne peuvent être reproduites par les simulations qu'en incluant le flux de fer dissous hydrothermal et que cette source additionnelle de fer dissous a une action stimulante sur la pompe biologique : dans cet océan, ce flux serait équivalent, voire supérieur, aux apports atmosphériques et la pompe biologique y serait plus importante, jusqu'à 30 % en certains lieux, que ce qui avait été estimé jusqu'à présent

Nouveau bilan pour le cycle du fer dans l'océan Austral, donnant les quantités de fer dissous (dFe)...
Nouveau bilan pour le cycle du fer dans l'océan Austral, donnant les quantités de fer dissous (dFe) provenant des différentes sources.

Ces nouveaux résultats montrent qu'il est fondamental de prendre en compte dorénavant cette contribution hydrothermale pour améliorer la représentation de la dynamique du puits de carbone océanique. En outre, cette source est relativement constante sur de longues échelles de temps, ce qui pourrait avoir pour effet de lisser les fluctuations rapides liées aux autres sources, telles que les "pulses d'apports de poussière". En faisant l'impasse sur cette source, les études antérieures ont donc probablement surestimé la sensibilité du cycle du carbone aux apports de fer par voie atmosphérique, notamment lors de l'analyse des cycles glaciaires-interglaciaires.
Ce travail souligne combien la connaissance des cycles naturels des éléments chimiques est encore parcellaire. En coordonnant à l'échelle mondiale la réalisation de campagne de mesure le long de sections océanographiques et d'études de processus, le programme GEOTRACES permettra de combler ce déficit de connaissance sur les sources, puits et transformations des éléments, un des chaînons manquants essentiels à la connaissance de l'océan.

 

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