L'océan et les changements climatiques : relations avec la chimie et la biologie marines (3)

Les grandes incertitudes associées au bilan du carbone océanique obligent les géochimistes à rechercher d’autres méthodes pour estimer la séquestration océanique. Le carbone naturel contient environ 1 % d’isotope 13. Le rapport ¹³C/¹²C (δ¹³C) présente des variations dans les différents réservoirs du cycle du carbone. Ces différences sont dues à des fractionnements d’équilibre thermodynamique ou à des fractionnements cinétiques liés à la vitesse des réactions biologiques. Par rapport à l’énorme réservoir de l’océan profond, le CO₂ atmosphérique est déficitaire en δ¹³C de − 7 ‰, et les carbones issus de la photosynthèse présentent des δ¹³C allant de − 20 à − 30 ‰. Par effet de bilan de la photosynthèse du plancton, le TCO₂ dissous en surface est excédentaire en ¹³Cd’environ 1 à 2 ‰. La distribution océanique du rapport δ¹³C du TCO₂ dissous suit logiquement les effets de la reminéralisation déduite du carbone total : corrélation positive entre le δ¹³C et la teneur en O₂ et corrélations négatives avec les éléments nutritifs. Cette distribution stationnaire naturelle a été perturbée par l’injection de CO₂ généré par la combustion des carbones fossiles et par la déforestation. Les deux sources sont issues de la photosynthèse, les charbons, lignites et hydrocarbures présentant des δ¹³C variés suivant leurs origines et âges géologiques.

À partir de mesures du δ¹³C du CO₂ atmosphérique, directement dans l’air ou dans les bulles d’air occluses dans les glaces polaires, ou à partir de la cellulose des anneaux d’arbres, il est possible de quantifier la diminution progressive du δ¹³C atmosphérique liée aux émissions anthropiques. Cette anomalie d’environ − 1,5 ‰ depuis le XIX^e siècle se propage dans l’océan et il est donc possible de la suivre par des mesures directes sur le TCO₂ de l’eau de mer depuis les années 70 (campagnes GEOSECS) ainsi que sur des coraux massifs ou des éponges calcaires présentant des cernes annuels comme les arbres. Le δ¹³C de l’océan de surface suit celui de l’atmosphère avec un délai de quelques années. Depuis les années 80, des mesures saisonnières de la pCO₂ océanique, du TCO₂ et du δ¹³C sont réalisées pour plusieurs stations, notamment aux Bermudes et à Hawaii. Les évolutions parallèles des différentes espèces chimiques confirment la diminution progressive du δ¹³C et son utilité pour distinguer la propagation du carbone anthropique des effets naturels saisonniers liés à la productivité biologique et au mélange des masses d’eau.