Le changement climatique modifiera la couleur d’une grande partie des océans d’ici 2100

Le changement climatique pourrait, à l’avenir, changer la couleur des océans, révèlent de nouvelles recherches.

D’importants changements dans les populations mondiales de phytoplancton et leur répartition au cours des prochaines décennies vont intensifier le bleu et le vert des océans, selon de nouvelles recherches du Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ces changements devraient être observables depuis l’orbite, ajoutent les auteurs, ce qui signifie que les satellites pourraient être utilisés comme système d’alerte rapide contre les changements à grande échelle des écosystèmes marins.

Image d’entête : Le satellite d’observation de la Terre Envisat, de l’Agence spatiale européenne, a pris cette image (clic pour agrandir) au début du mois de décembre 2011, présentant une efflorescence algale (prolifération de phytoplanctons) tourbillonnant dans une figure en forme de 8, dans le sud de l’océan Atlantique, à environ 600 km des îles Malouines. (ESA)

L’équipe rapporte avoir développé un modèle global qui simule le taux de croissance et les interactions entre les différentes espèces de phytoplanctons (bactéries et algues unicellulaires). Ce modèle leur a permis d’estimer comment le mélange d’espèces de phytoplancton évoluera à divers endroits dans le monde à mesure que les températures augmenteront.

L’équipe a également simulé la façon dont le phytoplancton absorbe et réfléchit la lumière et estime un changement perceptible de la couleur de l’océan à mesure que le réchauffement climatique affecte la composition des communautés phytoplanctoniques.

Selon Stephanie Dutkiewicz, auteur principal et chercheur au Joint Program on the Science and Policy of Global Change du MIT et au Center for Global Change Science (CGCS) :

Le modèle suggère que les changements ne sembleront pas énormes à l’œil nu et que l’océan aura toujours l’air d’avoir des étendues bleues dans les régions subtropicales et plus vertes près des pôles et équatoriaux.

Ce schéma de base sera toujours là. Mais ce sera assez différent pour affecter le reste de la chaîne alimentaire que supporte le phytoplancton.

L’équipe a permis à son modèle de simuler les conditions jusqu’à la fin du siècle actuel. D’ici l’an 2100, plus de 50 % des océans de la planète subiront des changements de couleur en raison du changement climatique. Les régions à prédominance bleue, comme les régions subtropicales, deviendront encore plus bleues à mesure que le phytoplancton, et ce qu’il fait vivre, ce qui représente pratiquement toute vie dans la région, s’amenuisera. Les zones plus vertes, comme celles qui se trouvent près des pôles aujourd’hui, peuvent virer au vert plus foncé à mesure que les températures plus chaudes provoquent des efflorescences de phytoplancton.

Un exemple du changement de couleur engendré par l’efflorescence du phytoplancton. Une image obtenue le 14 août 2011 par le spectromètre pour imagerie de résolution moyenne (MODIS), à bord du satellite Aqua. (NASA)

La couleur de l’océan est formée par l’interaction entre la lumière, l’eau et tout ce qui se trouve dedans. L’H2O absorbe la majeure partie du spectre lumineux à l’exception d’une partie des longueurs d’onde bleues qui sont réfléchies. C’est pourquoi les océans ou autres plans d’eau relativement purs semblent bleus vus de l’espace. Les organismes présents dans l’eau ont tendance à changer cette couleur, car ils absorbent et reflètent différentes longueurs d’onde de la lumière.

Sur la base de ce principe, les scientifiques utilisent des satellites pour évaluer la couleur des océans depuis la fin des années 1990. Ces données peuvent être utilisées pour estimer la quantité de chlorophylle dans une région océanique donnée et, par extension, la quantité de phytoplanctons. Selon M. Dutkiewicz, les estimations de la chlorophylle ne reflètent pas nécessairement les changements climatiques, d’importantes variations de la chlorophylle pourraient être attribuables au réchauffement de la planète, mais elles pourraient l’être aussi à la  » variabilité naturelle  » due à des phénomènes naturels comme la météo.

Selon M. Dutkiewicz :

Un épisode d’El Niño ou de La Niña entraînera un changement très important de la chlorophylle parce qu’il modifie la quantité de nutriments qui entrent dans le système. À cause de ces grands changements naturels qui se produisent à quelques années d’intervalle, il est difficile de voir si les choses changent à cause des changements climatiques, si vous ne faites que regarder la chlorophylle.

L’équipe s’est donc tournée vers les mesures satellitaires de la lumière réfléchie. Ils ont commencé par un modèle informatique déjà utilisé pour prédire les changements du phytoplancton causés par la hausse des températures et l’acidification des océans. Ce modèle utilise de l’information sur le phytoplancton, comme les habitudes alimentaires et les modèles de croissance, et l’intègre dans un modèle physique qui simule les courants et le mélange de l’océan. Cependant, cette fois-ci, ils ont également donné au modèle la capacité d’estimer les longueurs d’onde spécifiques de la lumière absorbée et réfléchie par l’océan, en fonction de la quantité et du type d’organismes dans une région donnée.

Toujours selon Dutkiewicz :

La lumière du soleil entrera dans l’océan et tout ce qui s’y trouve l’absorbera, comme la chlorophylle. D’autres choses vont l’absorber ou le disperser, comme quelque chose avec une coquille dure. C’est donc un processus compliqué, comment la lumière est réfléchie par l’océan pour lui donner sa couleur.

Les résultats du modèle ont été comparés aux mesures réelles de la lumière réfléchie par l’océan obtenues dans le passé. Les deux ensembles de données concordent suffisamment bien pour suggérer que le modèle peut être utilisé comme un prédicteur précis de la couleur de l’océan dans l’avenir, écrivent les chercheurs dans leur étude.

L’équipe a donc permis au modèle de fonctionner après avoir réglé la température moyenne à 3 °C jusqu’en 2100. Cette augmentation est conforme à la plupart des estimations sur la façon dont les conditions climatiques fluctueront dans un scénario de maintien du statu quo. Selon les chercheurs, ce sont les longueurs d’onde bleues et vertes qui ont réagi le plus rapidement dans ce scénario. Ils ajoutent que ces longueurs d’onde montrent également un changement significatif, dû en particulier au changement climatique, beaucoup plus tôt que les précédentes prévisions des variations de la chlorophylle dues au changement climatique à l’horizon 2055.

La chlorophylle est en train de changer, mais on ne peut pas vraiment la voir à cause de son incroyable variabilité naturelle. Mais vous pouvez voir un changement significatif, lié au climat, dans certaines de ces bandes d’ondes, dans le signal envoyé aux satellites. C’est donc là que nous devrions chercher un vrai signal de changement dans les mesures satellitaires.

Selon leur modèle, le changement climatique modifie déjà la composition du phytoplancton et, par extension, la couleur des océans. D’ici la fin du siècle, ajoutent-ils, nous verrons « une différence notable dans la couleur de 50 % de l’océan », avec des implications « potentiellement assez graves ». Différentes teintes de chlorophylle absorbent différentes longueurs d’onde de la lumière, et de tels changements induits par le climat pourraient avoir un impact dramatique sur les chaines alimentaires des océans, conclut l’équipe.

L’étude publiée dans Nature Communications : Ocean colour signature of climate change et présentée sur le site du Center for Global Change Science (CGCS)  et présentée sur le site Center for Global Change Science (CGCS) du MIT : Much of the surface ocean will shift in color by end of 21st century.