Une équipe internationale de recherche établit un lien entre la désoxygénation aquatique et la stabilité générale des systèmes terrestres ce qui devrait amener à intégrer la désoxygénation comme dixième limite planétaire. Cette étude propose également d’améliorer les outils de surveillance et de prédiction des systèmes aquatiques et en particulier de l’oxygène via le développement de modèles numériques toujours plus précis et la mise en place d’une base de données globales de la plus haute qualité.
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oxygène est un élément fondamental de la vie, et la perte d'oxygène dans l'eau, appelée désoxygénation aquatique, constitue une menace pour la vie à tous les niveaux. Dans une étude publiée dans Nature Ecology and Evolution, une équipe scientifique enmenée par le Pr Kevin Rose de l'Institut polytechnique de Rensselaer, décrit comment la désoxygénation en cours représente une menace majeure pour la stabilité de la planète dans son ensemble.
Des recherches antérieures ont permis d'identifier une série de processus à l'échelle mondiale, appelés limites planétaires, qui régissent l'habitabilité et la stabilité globales de notre planète. "Les limites planétaires représentent des limites à ne pas dépasser pour certains processus afin de ne pas compromettre la stabilité du système Terre, explique Marilaure Grégoire, océanologue à l'Université de Liège et co-auteure de l'étude. Actuellement, neuf limites planétaires ont été reconnues pour lesquelles des seuils de changements maximums ont été définis (i.e. changement climatique, la perte de la biodiversité, les perturbations du cycle de l’azote, perturbations du cycle du phosphore, la pollution chimique, destruction de la couche d’ozone, l’acidification des océans, la quantité d’aérosols dans l’atmosphère, l’utilisation des sols et des eaux douces). Excéder ces seuils risque de mettre en péril la stabilité de notre environnement avec l’apparition de boucles de rétroactions qui vont amplifier la vitesse des changements et risquent ainsi d’amener le système vers un nouvel état non désirable pour l’humanité."
Actuellement, on considère que six des neuf limites planétaires ont été franchies et pour trois d’entre-elles on entre dans une zone de risque élevé. "Il est important que la désoxygénation aquatique soit ajoutée à la liste des limites planétaires", reprend Kevin Rose. "Cela permettra de soutenir et d'orienter les efforts de surveillance, de recherche et de politique au niveau mondial afin d'aider nos écosystèmes aquatiques et, par conséquent, la société dans son ensemble."
© Grégoire et al., 2023 & Huang et al., 2021
Dans tous les écosystèmes aquatiques, qu'il s'agisse des cours d'eau, des lacs, des réservoirs, des étangs, des estuaires, des côtes ou de la haute mer, les concentrations d'oxygène dissous (OD) ont rapidement et considérablement diminué au cours des dernières décennies. Les lacs et les réservoirs ont subi des pertes d'oxygène de 5,5 % et 18,6 % respectivement depuis 1980. Les océans ont subi des pertes d'oxygène d'environ 2 % depuis 1960 et, bien que ce chiffre soit plus faible, il représente une masse plus importante sur le plan géographique et volumétrique. Les écosystèmes marins ont également connu une variabilité importante de l'appauvrissement en oxygène. Par exemple, les eaux moyennes au large de la Californie centrale ont perdu 40 % de leur oxygène au cours des dernières décennies. Les volumes des écosystèmes aquatiques affectés par l'appauvrissement en oxygène ont augmenté de façon spectaculaire pour tous les types d'écosystèmes.
"La désoxygénation aquatique est étroitement liée aux changements climatiques et à l'utilisation des sols", continue Kevin Rose. "Elle est due à la diminution de la solubilité de l'oxygène dans l'eau résultant de l'augmentation des températures, à la réduction de la ventilation des eaux profondes en raison d'une stratification plus forte et plus longue, et à l'augmentation de la respiration consommatrice d'oxygène liée à la fois à l'élévation de la température et à l'augmentation des apports de nutriments et de matières organiques. Le réchauffement climatique et les polluants perturbent les processus biogéochimiques dans les écosystèmes aquatiques et ont des effets néfastes sur les organismes d'eau douce et d'eau de mer".
Et Marilaure Grégoire d'ajouter : "Le passé nous apprend qu’il y a un lien étroit entre la biodiversité et le niveau d’oxygénation des océans. Ainsi, la grande oxygénation (GOE) il y a ~2,5 milliards d’années et l’oxygénation du paléozoïque (POE) il y a ~ 500 millions d’années ont constitué des points de bifurcation pour la biologie et la chimie sur Terre avec l’émergence d’une vie complexe et diversifiée. D’autre part, au moins 3 des 5 événements d’extinction massive sont associés à la désoxygénation des océans. La variation du niveau d’oxygène dans les océans est donc un processus qu’il faut pouvoir quantifier le plus précisément possible car la perte d’oxygène peut déstabiliser les équilibres biogéochimiques globaux. En effet, la désoxygénation des océans induit des modifications des cycles du phosphore, de l’azote et du carbone. Si ces modifications excèdent un niveau critique, un phénomène d’emballement peut avoir lieu et faire converger le système vers un nouvel état d’équilibre via des boucles de rétroactions positives (i.e. qui amplifient la cause qui leur a donné naissance et ainsi accélèrent la déstabilisation du système). C’est pour cette raison que la désoxygénation doit être considérée comme la dixième limite planétaire car une désoxygénation trop rapide peut déstabiliser le système et également avoir des impacts sur les autres limites planétaires (cycle de l’azote, du phosphore)."
Kevin C. Rose, Erica M. Ferrer, Stephen R. Carpenter, Sean A. Crowe, Sarah C. Donelan, Véronique C. Garçon, Marilaure Grégoire, Stephen F. Jane, Peter R. Leavitt, Lisa A. Levin, Andreas Oschlies & Denise Breitburg, Aquatic deoxygenation as a planetary boundary and key regulator of Earth system stability, Nature Ecology & Evolution, 15 July 2024. https://doi.org/10.1038/s41559-024-02448-y
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