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Le rôle du carbone et de la silice marins dans les cycles biogéochimiques

Des scientifiques financés par l'UE ont appliqué une approche à plusieurs axes pour étudier les rôles du silicium (Si) et du carbone (C) sur le climat, les écosystèmes marins et leurs cycles biogéochimiques.
Le rôle du carbone et de la silice marins dans les cycles biogéochimiques
Le projet MUSICC (Multi-proxy approach of marine silicon and carbon biogeochemical cycles) avait deux axes de recherche. Le premier visait les cycles du silicium et du carbone dans l'océan Antarctique, et a été poursuivi via deux projets internationaux, KEOPS-2 et SAZ.

KEOPS-2 a étudié les efflorescences de phytoplancton fertilisées naturellement par du fer sur le plateau des Kerguelen. Ce plancton est dominé par des diatomées, un groupe d'algues qui a besoin de silicium pour fabriquer ses frustules (coques) en silice.

Les travaux ont mis en évidence l'importance de l'apport estival en Si, et les scientifiques ont pu proposer un budget saisonnier pour le cycle du Si au-dessus du plateau des Kerguelen, ce qui était l'un des objectifs de MUSICC. Ce budget comprenait l'apport en Si pendant l'été et l'hiver depuis le bas de la colonne d'eau, la production nette et brute de silice, et son exportation.

Le projet SAZ a mesuré des isotopes du Si pour suivre les flux saisonniers de silice vers la haute mer, enregistrés dans des carottes de sédiments pour les trois grandes zones de l'océan (Antarctique, front polaire et sub-antarctique).

Les variations du flux exporté de silice biogène ont révélé une diminution du taux de chute des diatomées en hiver, très faible, permettant aux particules de rester dans la colonne d'eau jusqu'au printemps suivant. Ce point est important pour la pompe biologique de carbone, qui le transfère depuis la surface de l'océan vers le fond, où il est stocké.

Le second axe de recherche concernait le cycle du Si à l'interface entre les continents et l'océan. Des travaux précédents avaient montré que la présence de l'isotope 30 dissous du silicium (d30Si) dépend de l'usage des terres à l'intérieur des bassins, et peut donc servir d'indice des pressions anthropiques sur le cycle du Si.

Afin d'étudier le cycle du silicium, les chercheurs de MUSICC ont collaboré avec des scientifiques indiens pour effectuer des prélèvements dans 18 estuaires, en saison sèche et pendant la mousson. Les résultats montrent que l'apport de Si aux estuaires ne dépend pas de la saison et change peu pendant la mousson. Par conséquent, le Si ne semble pas être un facteur limitant dans les estuaires indiens, et ses isotopes dans les rivières en amont des estuaires sont davantage en rapport avec l'usage des terres et l'action du temps qu'avec une décharge saisonnière.

Le projet MUSICC a montré que la composition des isotopes du silicium permettait de déterminer sa source, et d'estimer quantitativement les flux et les mélanges de silicium à l'échelle de l'année. En outre, la dilution des isotopes du silicium est la méthode la plus précise et sensible pour déterminer les flux d'absorption et de dissolution sur le court terme.

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Mots-clés

Carbone, cycles biogéochimiques, silicium, MUSICC, océan Antarctique