Les dépôts de squelettes de récifs contiennent une énorme quantité de données environnementales depuis plusieurs milliers d'années, y compris des relevés annuels de la température des océans, de la pollution de l'eau et de l'activité des tempêtes
Ces coraux à pétales massifs [coraux à lobes] de l'espèce Porites lobata poussent dans le lagon de l'île de Hua hin, en Polynésie française. Des carottes prélevées sur des récifs avec des échantillons de coraux de divers endroits ont révélé des informations sur l'état de l'océan il y a mille ansLorsque le crépuscule s'installe sur la surface scintillante de la
mer Salomon dans le Pacifique,
Guillaume Iwankow enfile son équipement de plongée et descend de la goélette de recherche Tara dans un bateau à moteur. Son objectif est de ramener le noyau, un échantillon de la longueur d'une main prise dans une colonie de
coraux , menant les annales de décennies de sa vie.
Après 10 minutes, le bateau quitte Tara, le moteur ralentit. Il est si petit que les poissons vivant sur le récif clignotent à quelques centimètres de la surface. Ivankov, spécialiste de la plongée scientifique à la
Tara Expeditions Foundation , cherche un endroit sur le corail où vous pouvez prendre le plus grand et le plus ancien exemple de Porites lobata - des coraux ronds jaune-vert qui deviennent souvent si gros qu'ils ressemblent davantage au contenu d'un crâne Godzilla. Les colonies de coraux sont composées d'animaux à corps mou,
des polypes de corail , qui (à l'aide d'algues symbiotiques) sécrètent le carbonate de calcium minéral en couches minces. Au fil du temps, les couches annuelles s'accumulent les unes au-dessus des autres et se transforment en une masse solide qui constitue le squelette de corail.
Guillaume IvankovAyant découvert le Porites idéal, Ivankov enfonce son carottier de sept centimètres de diamètre dans la surface du corail. Les tambours de forage avec un bourdonnement silencieux dans le squelette, et des nuages de poussière de corail sont jetés dans l'eau environnante. Pénétrant à travers toutes les couches de corail, Ivankov incline le foret ici et là, arrachant la base de l'échantillon coupé, qui mesure environ 40 cm de long. Il répète ce processus dans le même trou deux fois de plus, puis flotte et remet les échantillons obtenus dans le bateau - un total d'environ 120 cm de long. Seuls les polypes se trouvent à la surface de la formation de Porites, par conséquent, après le forage, le corail devrait continuer à se développer sur les bas-fonds, sans aucun dommage ou perturbation particulier.
Ces expéditions scientifiques marines collectent toutes sortes d'échantillons biologiques, de l'eau de mer et des poissons vivant sur les récifs aux microbes des coraux. Mais les noyaux de corail sont différents des autres. Ce sont des capsules temporelles organiques contenant des enregistrements de la pollution locale, de la géologie, de la température et de la santé des récifs, remontant à des centaines de milliers d'années. Les chercheurs continuent d'améliorer les méthodes inattendues par lesquelles ces informations peuvent être extraites des squelettes de corail. Les climatologues, géochimistes et paléontologues qui souhaitent s'immerger dans l'histoire de l'océan sont de plus en plus conseillés: étudier les carottes. "Je les appelle des livres d'histoire des récifs naturels", a déclaré
Janice Lowe , climatologue et experte en coraux à l'Institut australien de la mer. "Ils peuvent raconter de nombreuses histoires."
Immersion dans l'histoire de l'océan
L'extraction de carottes de corail, en tant qu'investigation de détective, est devenue un moyen fiable d'enrichir la théorie des événements passés avec des détails et des preuves - ou même simplement prouver que ces événements ont eu lieu. Il est facile d'oublier qu'avant les années 1970, personne n'était sûr que les coraux avaient généralement des anneaux annuels. C'est alors qu'une équipe de géophysiciens de l'Université d'Hawaï a visité l'
atoll d'Eniwetok dans le Pacifique Sud.
Enivetok était une île sans prétention avec une histoire inhabituelle: les États-Unis y ont testé leurs armes nucléaires dans les années 40 et 50. Des chercheurs d'Hawaï se sont demandé si les squelettes des coraux voisins montrent des preuves de cette radioactivité. Si les couches de corail contenaient des éléments radioactifs avec une demi-vie connue, il serait possible de calculer presque précisément à quel point apparaissait l'anneau. "Ils ont pris une couche d'une colonie massive, l'ont placée sur du papier photosensible dans une pièce sombre pendant un mois et ont vu des ensembles de bandes radioactives", a déclaré Lowe. Les distances entre les bandes sur le papier indiquaient que beaucoup d'autres données pouvaient être trouvées dans la structure de corail cachée, donc des tests supplémentaires étaient nécessaires. "Ils ont contacté un médecin à proximité et ont demandé: est-il possible d'éclairer notre couche de corail sur les rayons X?"
Le plongeur remonte à la surface un échantillon de corailAprès avoir placé la couche de corail dans l'appareil à rayons X, des anneaux annuels faciles à distinguer alternant entre la lumière et l'obscurité sont devenus visibles - cela reflétait la densité du carbonate de calcium, qui constituait le squelette de corail. La datation des éléments radioactifs du squelette a révélé que chaque année un double jeu d'anneaux apparaissait sur le corail: plus grand et plus poreux, plus étroit et plus dense. Dans un
article de 1972 publié dans la revue Science, les chercheurs ont appelé les noyaux «chronomètres de corail», faisant allusion à leur utilité comme horloge naturelle. Depuis lors, d'autres scientifiques ont rapporté que les coraux déposent
des anneaux annuels plus épais pendant les saisons humides avec des températures modérées, et moins épais pendant les saisons sèches et des conditions météorologiques plus extrêmes.
Les coraux croissent de 0,3 à 10 cm par an, mais en moyenne, on peut considérer qu'un noyau de 100 cm de long contient un record de 100 ans d'histoire corallienne. Il s'agit souvent des 100 dernières années - mais pas toujours. Les coraux durcis peuvent contenir des séquences d'anneaux annuels datant même de la dernière
période interglaciaire , il y a plus de 100 000 ans. Pour évaluer la densité relative des anneaux annuels, reflétant les conditions climatiques au moment de leur apparition, des rayons X sont encore utilisés. Mais les océanographes découvrent constamment de nouvelles propriétés utiles des noyaux de corail en cours de travail.
L'une des histoires les plus riches contenues dans les données de base est les enregistrements annuels de traces d'éléments chimiques contenus dans l'eau de l'océan. Les polypes de corail filtrent l'eau des océans pour en extraire des matériaux pour construire des squelettes, de sorte que chaque couche contient une infime quantité de ce qui était dans l'eau au moment où cette couche a été créée. Et bien que les anneaux annuels de corail "en raison de la forme interne complexe du squelette ne soient pas aussi clairs et soignés que les anneaux annuels des arbres", explique
Gregory Webb , paléontologue à l'Université du Queensland, "ils enregistrent vraiment la chimie de l'eau dans laquelle ils poussent".
L'étude de la composition des noyaux de corail permet aux scientifiques de construire des parcelles de diverses substances contenues dans l'océan au cours des différentes années. Cela peut fournir des informations sur les processus planétaires qui semblent n'avoir rien à voir avec la croissance des coraux. Les océanographes d'un laboratoire chinois ont
calculé la force des moussons d'hiver en Asie
de l' Est au cours des 150 dernières années en mesurant les niveaux d'éléments de terres rares tels que le lanthane et le cérium dans chaque couche de noyau corallien Porites. Ces éléments de terres rares proviennent de tourbillons poussiéreux qui se produisent pendant les tempêtes hivernales, de sorte que le pourcentage d'éléments est un indicateur fiable de l'intensité de la tempête.
Une photo rapprochée de Porites lobata montre de minuscules groupes de tentacules saillants de polypes coralliens.De même, les tests sur les coraux révèlent des preuves historiques de la pollution humaine de l'océan, beaucoup plus détaillées que les autres. Lowe et ses collègues prélèvent des échantillons dans la grande barrière de corail et testent les couches pour détecter les métaux toxiques tels que le plomb et le cadmium, qui sont souvent émis par les installations industrielles. Les constructeurs pourraient construire un port, déverser des roches sédimentaires sur un récif de corail et affirmer que leur intervention n'a pas affecté l'océan - mais, comme l'a souligné Lowe, "les noyaux de corail sont des observateurs impartiaux qui surveillent les changements environnementaux."
Les noyaux de corail fournissent également l'un des rares enregistrements fiables de la température de l'océan dans les années précédant le début des enregistrements humains. Lorsque l'eau est plus froide, les coraux utilisent plus de strontium, l'ajoutant au carbonate de calcium utilisé pour fabriquer les squelettes. En calculant le pourcentage du rapport du calcium au strontium dans chaque niveau de base, vous pouvez déterminer quelle était la température de l'océan lorsque cette couche est apparue.
En utilisant cette technologie sur des carottes de corail des eaux tropicales de l'océan Pacifique près des îles Galapagos, la géologue Gloria Jimenez de l'Arizona University et ses collègues ont récemment créé une description détaillée des changements de température de l'eau de 1940 à 2010. Avant cela, les relevés de température de l'eau ne différaient pas en régularité, et il a été dit que le réchauffement de l'eau des océans était limité en raison des courants froids et profonds. Mais les données des carottes de corail de Jimenez parlent différemment: l'eau se réchauffe dans cette région depuis les années 1970, et dans les années 80, il y a eu une montée subite lorsque les courants chauds d'El Niño sont passés. Cette tendance au réchauffement progressif signifie que les récifs près des Galapagos peuvent être plus en danger qu'on ne le pensait auparavant.
Sous les formations coralliennes modernes que Jimenez étudie, il y a un entrepôt d'autres données stockées dans des coraux fossilisés. Selon leur conservation, les noyaux de ces coraux peuvent permettre aux chercheurs d'étendre les enregistrements de température jusqu'à 100 000 ans dans le passé. Webb possède un navire de recherche spécial, D Hill, sur lequel une plate-forme de forage est installée, capable d'extraire des carottes d'anciennes couches situées sous la Grande Barrière de Corail.
Après que Webb et l'équipe aient récupéré des noyaux de fossiles de corail, ils peuvent déterminer leur âge en utilisant la datation uranium-thorium. Un spectromètre de masse montre la quantité d'uranium résiduel dans les couches centrales s'est désintégrée pour former du thorium, et le rapport de ces deux éléments est utilisé pour calculer l'âge approximatif de chaque couche. Comme Jimenez, Webb utilise le rapport du strontium au calcium pour calculer la température de l'océan lors de l'apparition de chaque bande, et il utilise ses noyaux fossilisés pour suivre le contenu des éléments chimiques dans les eaux préhistoriques. «Nous avons réussi à obtenir les noyaux responsables de l'ensemble de l'
Holocène », a déclaré Webb, se référant à l'ère géologique actuelle qui a commencé il y a 12 000 ans. «Nous pouvons comparer le climat et la qualité de l'eau dans la zone d'un même récif, au même endroit, mais séparés de 100 000 ans.»
Les données fossiles fournissent également de nouvelles preuves d'anciens processus géologiques. Lors d'un récent voyage vers le récif de Gérone, une section de la grande barrière de corail au large des côtes australiennes, ils ont rencontré un problème avec l'équipage. Leur installation pourrait mordre dans le fond de 30 mètres, et une fois qu'ils ont calculé qu'ils devraient bientôt atteindre les couches apparues au cours de la dernière période interglaciaire du Pléistocène, il y a plus de 100 000 ans. Mais ils ne l'ont jamais atteint. «Nous pensions que quelque part vers 15 mètres, nous entrerions dans le Pléistocène», se souvient Webb. - Nous avons fait des paris sur la profondeur à laquelle nous le trouverions - quelqu'un l'a fixé à 12, quelqu'un à 14. Et puis soudain nous étions à 22 mètres, et nous ne l'avons jamais obtenu. Nous mordons juste dans la cavité, et personne ne s'y attendait. "
Les récifs coralliens deviennent les centres d'un écosystème marin vivant, de sorte que leur avenir face à l'acidification des océans soulève de sérieuses préoccupationsIl s'est avéré que le noyau corallien contenait une couche datant de la dernière période glaciaire, lorsque le niveau de la mer était 130 mètres plus bas et que la Grande Barrière de Corail était au-dessus de l'eau. Le vent, les pluies et l'eau qui coule ont lavé le calcaire qui s'est ouvert et a formé une profonde crevasse entourée de collines hautes, escarpées et inégales. Lorsque le niveau de la mer a de nouveau augmenté, les courants et les vagues ont rempli la vallée submergée de particules de roches sédimentaires, et cet endroit est devenu la base de nouveaux récifs coralliens. Cette découverte a aidé les scientifiques à conclure que la forme des récifs modernes n'est généralement pas déterminée par la forme des récifs précédents ou les structures géologiques sur lesquelles ils poussent, comme on le pensait précédemment. L'accumulation de roches sédimentaires peut masquer les contours des anciennes structures et fournir une surface plane sur laquelle de nouveaux récifs peuvent se développer. Et les points les plus élevés des récifs peuvent être situés à une hauteur telle que le niveau de la mer le permet, ce qui signifie qu'au sommet, ils deviennent également plats.
Le mouvement de l'eau de mer a toujours joué un rôle majeur dans la formation de ces écosystèmes uniques - une nouvelle confirmation de cela est donnée dans un nouvel ouvrage publié dans Nature Geoscience. Jodi Webster de l'Université de Sydney, Brian Lowheed de l'Institut Pierre-Simon Laplace en France et leurs collègues ont extrait de nombreux noyaux de corail anciens de la Grande Barrière de Corail. Une analyse de la matière squelettique et des dépôts de carottes a montré que les changements du niveau de la mer au cours des 30000 dernières années ont tué cinq fois des parties du récif - parfois lorsque les récifs étaient exposés à l'air, parfois lorsque les sédiments dans les eaux montantes bloquaient la lumière atteignant le récif. Mais dans chaque cas, le récif a ressuscité, car des polypes d'autres récifs y sont apparus, et ses formations de coraux vivants se sont finalement déplacées vers les meilleures conditions pour l'eau et l'éclairage.
La structure unique de chaque couche de corail dans le noyau donne également des indices d'autres problèmes rencontrés par le corail lors de sa formation - que cela se soit produit il y a des décennies ou des milliers. Par exemple, lorsque l'océan augmente l'acidité en raison de la dissolution du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, les coraux changent complètement leurs habitudes de croissance, comme l'ont écrit l'an dernier des chercheurs du Woods Hole Oceanographic Institute dans le journal Proceedings of the National Academy of Sciences.
Trois sections centrales montrent un système complexe d'anneaux annuels montrant comment le corail du récif a réagi aux changements environnementaux. Ces échantillons sont mis en évidence par une lumière ultraviolette, ce qui permet d'obtenir certaines informations sur leur composition chimique.Une équipe d'océanologues de Woods Hole, dont l'étudiant diplômé
Nathaniel Mollick et la géologue
Anna Cohen , a analysé des échantillons de noyaux de corail Porites modernes prélevés près de Panama, Palau, Taïwan et de l'atoll Donsha en mer de Chine méridionale. Ils ont placé tous les noyaux dans l'appareil de tomodensitométrie - un appareil à rayons X spécial qui peut révéler les détails des changements de croissance et de densité à l'intérieur du corail.
En comparant ces enregistrements de carottes de corail avec des échantillons d'eau prélevés à chaque emplacement, les scientifiques ont montré que la forte acidité de l'océan dans les époques passées a conduit à l'apparition de certaines anomalies structurelles. Les coraux dans les eaux plus acides croissent à peu près au même rythme, mais la structure de ces coraux se révèle être complètement différente - des lacunes y apparaissent, semblables à des bulles dans une pâte à crêpes. En effet, après dissolution dans l'eau, le dioxyde de carbone se combine avec les ions carbonate libres. En conséquence, il reste moins d'ions dans les polypes coralliens et ils ne peuvent pas produire autant de carbonate de calcium qu'ils en ont besoin.
Au fil du temps, ce déficit conduit à l'apparition de squelettes coralliens plus minces et poreux. "Nous voyons essentiellement des vides et des bulles à l'intérieur", a déclaré
Weifu Guo , un géochimiste de l'équipe. Ces squelettes fragiles sont plus susceptibles de s'effondrer à la suite des tempêtes et des ondes de choc - et cela, à son tour, menace d'autres formes de vie sur le récif, y compris les algues, qui produisent de la nourriture pour les coraux, et les poissons, dont la nutrition en dépend.
Modéliser le futur océan
De telles observations de carottes de corail comblent des lacunes dans la connaissance de la dynamique planétaire et océanique, et aident également les chercheurs à prédire comment les stress futurs affecteront les récifs. Les chercheurs de Woods Hole, comparant les données de base à l'augmentation prévue de l'acidité des océans due au changement climatique, ont conclu que la densité des squelettes de corail dans le monde d'ici 2100 devrait diminuer de 20%. Cette prédiction met l'accent sur l'exposition des futurs récifs aux dommages physiques.
Janice LoweDe plus, les enregistrements à long terme stockés dans des noyaux de corail montrent à quelle vitesse les récifs se développent et s'adaptent à la pollution et au réchauffement de l'océan - ceci est particulièrement important, étant donné les tendances actuelles similaires. «Nous avons besoin de données historiques sur le comportement des récifs, les changements qui se sont produits et leurs réactions à ces changements. Cela nous permet de mieux comprendre ce à quoi nous pouvons être confrontés », a déclaré Webb. «C'est incroyable de voir ce que nous pouvons faire en reliant toutes ces notes entre elles.»
Les connaissances accumulées aident déjà les chercheurs à corriger les modèles prédictifs du climat mondial, ce qui, selon Low, aidera à développer des stratégies de conservation des récifs. «Les modèles climatiques mondiaux ne sont pas parfaits - ils sont constamment ajustés. Les enregistrements coralliens fournissent des preuves du passé qui peuvent être utiles à ces modèles. »
Une partie tangible du financement de la recherche est consacrée à la documentation de l'écologie des récifs modernes, et il reste très peu d'échantillons de leur passé. Mais pour faire des estimations précises de l'histoire et de l'état actuel des océans, selon Webb, Guo et d'autres, il sera nécessaire de prendre plus de noyaux de corail pour couvrir une période plus longue. "Avec une plus grande collection, vous n'avez pas à baser votre raisonnement sur l'exemple d'un seul corail", a déclaré Guo. "Vous pouvez raconter l'histoire avec plus de confiance."
L'objectif de longue date d'Ivankov est de contribuer à cette histoire qui se déroule. Après que son bateau à moteur - déjà chargé d'échantillons du récif - ait accosté à Tara, il place les segments principaux sur le pont et les pose sur le bureau pour le séchage. Après leur arrivée au port, des dizaines de carottes collectées par Ivankov dans différentes parties de l'océan Pacifique seront envoyées au Centre National de la Recherche Scientifique et au Centre Scientifique de Monaco.En utilisant les données obtenues à partir de ces noyaux, les chercheurs collecteront un portrait détaillé de l'écosystème océanique et de l'interaction de ses composants. "Nous collectons des échantillons de l'ensemble de l'environnement de la colonie", a déclaré Ivankov. "Les coraux, l'eau, le poisson - nous prenons tout et faisons le grand." Depuis des millénaires, les coraux, cellule par cellule, repoussent les preuves de la santé et des changements dans les systèmes vivants dans leur ensemble. Maintenant, le sort de ces systèmes peut nous donner l'occasion de déchiffrer les enregistrements cachés contenus dans ces squelettes.