PROGRAMME SCIENTIFIQUE – AXE 1

RÉPONSES DE L'OCÉAN AU CHANGEMENT GLOBAL

L’air ne connait pas de frontières. Le cumul planétaire des émissions anthropiques et naturelles de gaz, de contaminants, d’aérosols et de particules modifie l’atmosphère puis affecte les océans globalement via le réchauffement, la déposition et les échanges gazeux. Les impacts sont multiples et interactifs, affectant à la fois les propriétés de l’eau, la circulation, la santé et la répartition spatiale des organismes qui y vivent, la productivité des ressources exploitables, la biodiversité et les flux de matière et d’énergie dans l’écosystème. L’océan perturbé agit en retour sur l’atmosphère (rétroaction) en modulant les quantités de chaleur et de gaz à effets climatiques qu’il capte ou libère. Les équipes de Québec-Océan étudient les causes et les conséquences écologiques de 4 réponses océaniques au changement global.


1.1. Fonte de la glace de mer
Le déclin de l’étendue, de l’épaisseur et de la persistance saisonnière de la banquise en zones arctiques et subarctiques menace les organismes qui en dépendent, permet l’invasion d’espèces venant du sud, facilite l’accès à l’Arctique ainsi que l’exploitation de ses ressources naturelles et atténue l’effet miroir qui retourne vers l’espace une grande part du rayonnement solaire. Les radiations non-réfléchies par la glace et la neige qu’elle supporte réchauffent l’eau et augmentent la lumière disponible pour la photosynthèse qui sous-tend la productivité de l’écosystème. En exposant l’eau à l’air, la perte de glace accentue l’action du vent sur la colonne d’eau, intensifie les interactions océan-atmosphère ainsi que les vagues qui fragmentent la banquise. L’eau de fonte de la glace de mer se combine à celle des glaciers, icebergs et grands fleuves pour abaisser la salinité et augmenter la stratification verticale. Cette stratification s’oppose au mélange qui permet la réintroduction en surface des nutriments dont toute vie dépend, ainsi qu’à la formation des eaux profondes qui engendre la circulation océanique globale et tempère le climat.


L’équipe utilise des mesures en mer et par télédétection, expérimente en laboratoire et développe des modèles numériques couplés afin de quantifier, comprendre et prévoir le déclin de la banquise et ses conséquences sur la circulation océanique, la formation des eaux profondes, les échanges océans-atmosphère de chaleur et de gaz à effet climatique, la biodiversité et la productivité des communautés et des ressources renouvelables pélagiques et benthiques, ainsi que le stockage du carbone.
  ©TAKUVIK

1.2. Acidification des océans
Une part importante du CO2 anthropique ne s’accumule pas dans l’atmosphère, mais est captée par l’océan où il réagit avec l’eau pour former de l’acide carbonique, un acide faible dont la dissociation libère des protons (H+) et abaisse le pH de l’eau.  La concentration de l’eau de mer en H+ a augmenté de 26% globalement. Cette acidification est accentuée en eau froide, où la solubilité des gaz est plus élevée, et sous les zones productives de l’océan où la décomposition de la matière organique relâche du CO2 en profondeur. L’acidification est susceptible de nuire aux organismes (ex : coraux) qui dépendent d’un pH relativement élevé pour synthétiser leur coquilles, de favoriser la production de micro-algues dont les mécanismes de concentration du CO2 sont relativement peu efficaces, et d’affecter certaines étapes du cycle de l’azote.


L’équipe quantifie et documente l’acidification dans l’Arctique et le Saint-Laurent, où les apports d’eau douce et les remontées d’eau profondes contribuent à l’acidification. Elle documente l’acidification et étudie ses impacts sur les organismes, la structure des communautés, les gaz à action climatique et les flux biogéochimiques de carbone, d’azote et de souffre.
  © Chloé Martias

1.3. Désoxygénation de l’eau
La désoxygénation de l’océan et l’ampleur des zones appauvries en oxygène (O2) sont en progression. Le manque d’O2(hypoxie) ou son absence (anoxie) a des effets délétères sur les animaux marins. Il freine l’action des bactéries aérobies qui décomposent la matière organique et recyclent les nutriments essentiels, favorisant ainsi le développement de bactéries anaérobies qui relâchent des substances nuisibles (ex : H2S, N2O) et appauvrissent les eaux du large en azote fixé. La désoxygénation peut être causée par l’eutrophisation et des apports continentaux croissants de matière organique en milieu côtier, le métabolisme des animaux migrateurs, une baisse de solubilité liée au réchauffement, la fonte des glaces et l’affaiblissement du mélange vertical et de la circulation océanique qui ventilent l’océan profond.


L’équipe étudie les phénomènes physiques, chimiques et biologiques qui affectent les teneurs en O2 à l’échelle régionale et globale, ainsi que les conséquences de cette désoxygénation sur la biodiversité et le fonctionnement biogéochimique de l’océan.
  © Denis Gilbert

1.4. Rétroactions océan-climat
Plusieurs mécanismes permettent à l’océan de rétroagir sur l’atmosphère pour accentuer ou atténuer le changement climatique. Les océans régulent le climat en absorbant et en redistribuant de grandes quantités de chaleur et de CO2 grâce à la circulation superficielle et profonde. L’océan a déjà absorbé 42% des émissions anthropiques de CO2 et 93% du gain associé de chaleur à l’échelle planétaire. De vastes quantités de méthane (CH4), un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant que le CO2, sont congelés dans les fonds marins de l’Arctique en réchauffement. Les organismes marins modifient les échanges océan-atmosphère en consommant ou en produisant des gaz qui exacerbent (CO2, CH4, N20) ou tempèrent (DMS) le réchauffement.


L’équipe étudie et modélise les processus responsables de la consommation, de la production et du devenir des gaz à effet climatique en lien avec la structure et le fonctionnement des réseaux alimentaires, la circulation océanique et la formation des eaux profondes, l’acidification et la disponibilité en fer et en azote.
  © Martin Fortier
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