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Le fer dans les océans

Le fer est le quatrième élément chimique en terme d'abondance dans la croûte terrestre, ce qui représente autour de 4% de la masse totale. C'est un micronutriment essentiel à toutes les espèces vivantes. La source de fer la plus importante pour les océans est l'apport par la poussière, qui vient presque en totalité des zones désertiques de la Terre. Dans de grandes étendues océaniques, on trouve en abondance les deux nutriments que sont l'azote et le phosphore, mais peu de phytoplancton. Ces zones se trouvent loin des déserts, et on suppose que le manque de fer y empêche le phytoplancton de croître.

D'où vient le fer dans les océans?

L'atmosphère est probablement la plus grande source de fer pour les océans et ce fer provient principalement de l'érosion des sols par le vent ce qui forme de la poussière. Cette poussière a principalement pour origine des régions désertiques arides et semi-arides, la plupart se trouvant aux latitudes moyennes de l'hémisphère nord. La quantité de poussière fournie par les déserts dépend de l'intensité des pluies et de la force des vents. Les concentrations de poussière les plus fortes sont bien sûr à proximité des déserts, et les plus basses sont observées dans l'air au-dessus de l'océan austral près de l'Antarctique, car c'est la zone la plus éloignée possible des déserts.

Les apports de poussière vers les océans

Les plus grosses particules de poussière retombent rapidement de l'atmosphère, mais les particules ayant un diamètre inférieur à 10 µm (soit 0,00001 m) peuvent voyager sur de longues distances. Les vents emmènent rapidement les particules en altitude, jusqu'à 5 kilomètres au-dessus de l'Océan Atlantique et à 8 kilomètres au-dessus du Pacifique. La poussière africaine du Sahara met environ une semaine pour traverser l'Océan Atlantique et la poussière des déserts chinois en met deux pour atteindre le centre de l'océan Pacifique. Les particules de poussière retombent alors, sous forme de particules sèches, ou bien parce qu'elles sont lessivées par les précipitations. Elles parviennent ainsi à l'océan grâce à la pluie.

Même si le fer est très abondant dans la poussière terrestre et que de grandes quantités de poussière entrent dans les océans, les concentrations en fer sont extrêmement basses dans l'eau de mer (généralement inférieures à 1 nmol L-1, soit < 0,000000001 moles par litre !). Nous savons maintenant que le fer dans la poussière se trouve principalement sous la forme d'oxydes de fer (III) qui ne sont pas très solubles dans l'eau. Lorsque la poussière est transportée par le biais des nuages elle rencontre des conditions très acides, qui augmentent légèrement la solubilité du fer. Cependant, on pense toujours que moins de 2% du fer atmosphérique arrivant dans l'eau de mer est soluble et peut donc être utilisé par le phytoplancton comme nutriment.

Les eaux de mer élevées en Nitrate et faibles en Chlorophylle (HNLC)

Les principaux nutriments qui contrôlent la croissance du plancton végétal des océans sont le nitrate et le phosphate et, à un moindre degré, le silicate. Dans la plupart des océans, le phytoplancton se développe jusqu'à ce qu'il ait épuisé tout le nitrate ou tout le phosphate, qui s'épuisent toujours en premier. Le Pacifique subarctique, l'océan Pacifique équatorial et l'océan Austral, cependant, regorgent de ces nutriments en abondance toute l'année, mais montrent une faible croissance du plancton végétal et donc des teneurs basses en chlorophylle, qui est le pigment photosynthétique des plantes.  Ces régions sont appelées zones HNLC (pour High Nitrate Low Chlorophyll) et représentent environ 20% de la surface totale des océans.

3. Carte des concentrations moyennes annuelles en nitrate dans les eaux de surface des océans.  Cette image montre clairement les niveaux élevés de nitrate dans le Pacifique subarctique, l'océan Pacifique équatorial et l'océan Austral.  Données de l'atlas océanique Levitus 1994.

C'est le scientifique John Martin qui le premier a suggéré que ce pouvait être un manque de fer dans ces zones de l'océan dites HNLC qui empêcherait le phytoplancton de se développer ; les expériences scientifiques menées en mer ont confirmé cette hypothèse.  D'un point de vue océanographique, ces zones HNLC sont toutes situées là où la circulation océanique remonte de grandes quantités d'eau profonde à la surface, selon un processus appelé upwelling. Ces eaux profondes contiennent de fortes concentrations de nutriments, et les eaux devraient donc en théorie être très actives en terme biologique.  Cependant, ces régions sont aussi toutes loin des grands déserts, ce qui fait que peu de poussière (et donc de fer) pénètre dans les eaux de surface.  Un upwelling semblable s'observe au nord de la latitude 40°N dans l'Atlantique, mais cette zone océanique n'est pas une zone HNLC car la poussière du Sahara y apporte de grandes quantités de fer.

A propos de cette page:
 
auteur: Dr. Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
relecteur scientifique: Dr. Peter Croot - Institute for Marine Research, University of Kiel, Kiel - Germany.
dernière version: 10.01.2003