Bilan comparatif du métabolisme d’écosystème et des flux air-océan de CO2

en mer de Beaufort : le projet Malina

Alexandre Forest1, Marcel Babin1, Pierre Coupel1, Brent Else2, Somayeh Nahavandian3, Bruno Lansard4, Patrick Raimbault5, Lars Stemmann6, Tim Papakyriakou2, Yves Gratton3, Louis Fortier1, Jean-Éric Tremblay1

1. Takuvik Joint Laboratory, Université Laval, Québec, Canada2. CEOS, University of Manitoba, Winnipeg, Canada 3. INRS - Eau Terre Environnement, Québec, Canada

4. LSCE, Université de Versailles, Paris, France 5. CNRS, Centre d'Océanologie de Marseille, France

6. Laboratoire d’Océanographie de Villefranche-sur-Mer, France Arctique: les grands enjeux scientifiques

Collège de France, Paris Mardi 4 juin 2013

Océan Arctique

Canada

Russie

Groenland

Alaska

• Perte moyenne de glace : -3.3 million km2

(-50%)

Moins de glace

Anomalies concentration glace de mer: sep. 2012 vs. sep. 1979-2000

-50% +50% 0% Plus de glace Plus de glaceMoins de glace

Haute press.

Basse press.

(Overland et al., 2012; NSIDC 2012; Moore 2012)

Mais aussi changement dans le régime atmosphérique: le dipôle arctique Dipôle caractérisé par des basses pression en Russie; hautes pressions

au Canada-Groenland mènent à un régime anticyclonique .

Océan Pacifique

Océan Atlantique

Tendance de la pression atmosphérique en mer de Beaufort

OcéanAtlantiqueAtlantique

atmosphérique en mer de Beaufort

Mais aussi changement dans le régime atmosphérique: le dipôle arctique Dipôle caractérisé par des basses pressions en Russie; hautes

pressions au Canada-Groenland mènent à un régime anticyclonique

En mer de Beaufort, des eaux libres de glace et un régime anticyclonique supportent:

(Carmack and Chapman 2003)

Plateau continental

Marge de glace

CONDITIONS IDÉALISÉES D’UPWELLING

Vents d’est

Eaux de surface

Vents d’est

Impact des upwellings sur les flux de CO2 et sur le métabolisme d’écosystème

Respiration

Respiration

Respiration

Production primaire primaireprimaire

Production primaire primaire

Couche de

mélange

Métabolisme de

l’écosystème

PP moins respiration

= Production

nette de communauté

(PNC)

• Flux de CO2 • Sels nutritifs • Phytoplancton • Bactéries • Protozooplancton • Métazooplankton • Flux verticaux de carbone

• 18 juillet – 24 août 2009

• >100 stations de la côte au bassin profond

Cap Bathurst

Golfe d’Amundsen

Bassin Canada

Fleuve Mackenzie

Plateau Mackenzie

Fin juillet / début août 2009

Vitesse et direction des vents (km h-1)

(Ingram et al. 2008)

Conditions favorables à l’upwelling côtier

Juillet 2009 • Système haute pression

en mer de Beaufort

• Ce système s’est affaissé au mois d’août

En moyenne, faible puits de CO2 (-2 mmol C m-2 jr-1)

≈ équivalent à pCO2

Flux océan-air de CO2 Pression partielle CO2 à la surface

Fin juillet – début août 2009

X

Production primaire (mg C m-2 jr-1)

Surface

Subsurface

• Taux élevés de PP confinés à la zone côtière, en particulier proche du Cap Bathurst

• Au-delà de la zone côtière, la

PP se développe davantage en profondeur

Diatomées comme indicateurs d’upwelling

Subsurface

Respiration totale (mg C m-2 jr-1)

Subsurface

Surface

Respiration de communauté:

• Phytoplancton • Surface: 2% • Subsurface: 2%

• Bactéries • Surface: 61% • Subsurface: 48%

• Protozoaires • Surface: 29% • Subsurface: 21%

• Métazooplancton • Surface: 3% • Subsurface: 14%

• Benthos (sur le plateau)

• Subsurface: 16%

Production nette de communauté (mg C m-2 jr-1)

Subsurface

Surface

Métabolisme de l’écosystème

• Généralement net hétérotrophique

(respiration excède PP)

• Mais, couche de surface

autotrophique en zone côtière et proche du Cap Bathurst

Notre question est maintenant:

Dans quelle mesure la PNC de surface était-elle couplée aux

flux air-océan de CO2?

Surface PNC

Métabolisme de l’écosystème vs.

Flux air-océan de CO2

• Patrons généralement différents

• Proche du Cap Bathurst, nette autotrophie = puits de CO2, sauf pour la ‘patch’ rouge où un relargage de CO2 causé par l’upwelling est évident

• À l’ouest du plateau (au-delà de l’estuaire) les flux de respiration sont donc compensés par quelque chose…

Flux de CO2

• Les hauts taux de PP détectés juste avant Malina expliquent pourquoi la région a agi comme un puits de CO2 pendant tout l’été

• Dans la ‘patch’ rouge, la PP est demeurée faible, ce qui suggère que le relargage de CO2 peut être atténué par la fixation de CO2

Flux de CO2 Flux de

PP juste avant Malina

Flux verticaux de carbone (mg C m-2 jr-1)

• Les régions caractérisées par des prises accrûes de CO2 et des taux élevés de PP sont aussi les zones où les flux verticaux étaient élevés

Points clés et implications

• Le plateau continental de la mer de Beaufort est un puits pour le CO2 atmosphérique, ce qui implique que la production primaire excède la respiration combinée de matière organique marine et terrigène

• Les upwellings côtiers peuvent transférer du CO2 vers l’atmosphère, mais un relargage massif peut être ‘neutralisé’ si les sels nutritifs amenés par l’upwelling induisent la production de diatomées

• Au fur et à mesure que l’Arctique évolue vers un nouvel état, le régime de haute pression du côté américain devrait favoriser les upwellings, alors que les phénomènes de downwelling devraient êtres favorisés du côté eurasiatique dominé par un régime de basses pressions

Comment les flux de CO2, la PP et les réseaux trophiques vont répondre à cette disymmétrie géographique?

• Besoin important de monitorer les échanges biogéochimiques plateau-

bassin le long de la marge continentale arctique Mouillages, stations “cross-over”, plate-formes autonomes, etc.

Remerciements spéciaux à: Maxime B.-Gagné, Eva Ortega-Retuerta, Heike Link, et toute l’équipe Malina!

MERIS composites of

surface POC

Surface salinity In July-August 2009

Surface

Ice

Ice

Ice

• Plume westward along the coast under northerly winds

• Retreat of the ice cover beyond the shelf

break in late July-Aug (potential for mixing/shelf-basin exchange)

Mackenzie River