Lettre pigb-pmrc France n°14 - Changement global
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The GeP&CO cruises :
Observing phytoplankton
populations and their impact
on ocean geochemistry
The ocean's role on the evolution of atmospheric carbon
must be understood globally. Two tools give access to the
global scale :
·
the observation of ocean color from satellites that pro-
vide estimates of the sea surface chlorophyll concentra-
tion, from which photosynthetic carbon fixation can be
computed,
·
coupled biogeochemical ocean circulation models
that use the results of process studies carried out on
oceanographic cruises.
However, these two tools provide only an oversimplified view
of the variability of ocean life. This is because the simple
biogeochemisty in the global models cannot properly repre-
sent the complex functioning of ecosystems, and because we
do not know yet how to get insight into the functional vari-
ability of ecosystems using ocean color data. To a large
extent, this functional variability affects the carbon cycle in
the ocean.
The variability of phytoplankton populations
and the biological carbon sink
The pathways of the biological carbon sink in the ocean
strongly depend on the species composition of the phyto-
plankton. Photosynthesis in the sea is often carried out by
groups of phytoplankton that imply chemical fluxes very dif-
ferent from a standard biogeochemistry characterized by a
6,8 ratio between carbon and nitrogen fixed by photosyn-
thesis and sunk to the deep ocean.
Examples : the coccolithophorids and Trichodesmium
The coccolithophorids fix carbon through photosynthesis,
resulting in the growth of their soft living tissues, and also fix
calcium carbonate to build calcareous pieces in their mem-
branes. This remarkable physiology increases carbon fixation
by algae, but oppositely increases the carbon dioxide partial
pressure in the ocean, because the precipitation of carbon-
ates acidifies seawater.
The cyanophycea Trichodesmium also have a remarkable
specificity : this species has the capacity to use the N
2
mole-
cule to fulfill its nitrogen requirements : this process named
diazotrophy can sink carbon without needing a supply of
new nitrate that is often limiting at sea.
There are successions of phytoplankton groups in the various
oceanic provinces, according to seasons. While we already
have some ideas of this seasonal variability, we need to bet-
Les campagnes GeP&CO :
Observation des peuplements de
phytoplancton et de leur impact
sur la géochimie de l'océan
Le rôle que joue l'océan vis-à-vis du carbone atmo-
sphérique doit être compris et évalué globalement. Deux
outils sont disponibles pour appréhender globalement le
cycle océanique du carbone :
·
les observations satellitales de la couleur de l'océan,
qui permettent d'estimer la concentration en chloro-
phylle à la surface de l'océan, et à partir de là, la fixa-
tion photosynthétique de carbone,
·
la modélisation de la circulation océanique associée
à des modèles biogéochimiques qui s'appuient sur la
connaissance des processus acquise lors des cam-
pagnes océanographiques.
Ces deux moyens d'approche globale ne donnent toute-
fois qu'une vision très simplifiée de la variabilité de la vie
océanique, les modèles parce que la biogéochimie qu'ils
mettent en jeu est encore très succincte au regard des
écosystèmes complexes dont ils sont censés représenter le
fonctionnement, et les observations satellitales parce que
l'on ne sait pas encore déduire de la couleur de l'océan
des indications sur la variabilité fonctionnelle des écosys-
tèmes. Or dans le cycle océanique du carbone cette vari-
abilité fonctionnelle joue un très grand rôle.
Les différents peuplements de phytoplanc-
ton et le puits biologique de carbone
Les modalités du puits biologique de carbone dans
l'océan changent profondément selon les peuplements
de phytoplancton Souvent, la photosynthèse marine est
accomplie par des groupes du phytoplancton qui mettent
en jeu une chimie très différente de celle, moyenne, qui
se caractérise par exemple par un rapport égal à 6,8 entre
le carbone et le nitrate fixés par le plancton et enfouis par
sédimentation vers le fond de l'océan.
Exemples des coccolithophoridés et Trichodesmium
Un comportement qui s'écarte de la norme est par exemple
celui des coccolithophoridés, qui fixent du carbone par pho-
tosynthèse pour la croissance de leur tissu vivant, mais qui fix-
ent aussi du calcaire pour la fabrication de plaquettes qui
tapissent leur paroi cellulaire. Ce processus appelé biocalcifi-
cation accroît la fixation de carbone par ces algues, mais de
façon paradoxale, ceci fait augmenter la tendance de l'océan
à émettre du gaz carbonique vers l'atmosphère, car la précip-
itation du carbonate de calcium rend l'eau plus acide. Une
autre particularité remarquable est celle de la cyanophycée
Trichodesmium, qui est capable d'utiliser la molécule N
2
pour
satisfaire ses besoins en azote : le processus par lequel ceci est