Cycle du carbone bleu dans les zones côtières du Qatar

Contexte de la recherche

Le changement climatique mondial, en particulier le réchauffement climatique, exerce une pression considérable sur le cycle global du carbone. Les océans, en tant que puits de carbone importants, absorbent de grandes quantités de dioxyde de carbone (CO₂), ce qui entraîne une acidification des eaux marines et affecte négativement les organismes marins dépendants des minéraux carbonatés. Les zones humides côtières, telles que les marais salants intertidaux (sabkhas), les mangroves et les entrées de lacs salés, constituent des réservoirs importants de carbone bleu (blue carbon), ayant une signification climatologique majeure. Le carbone bleu désigne le carbone absorbé et stocké à partir de l’atmosphère et des océans, dont la capacité de stockage et les mécanismes sont influencés par divers facteurs physiques, géochimiques et écologiques, notamment la remontée de carbone dissous, la minéralisation des minéraux carbonatés et le cycle du carbone par les microorganismes dans les sédiments.

La péninsule du Qatar, avec ses caractéristiques géochimiques uniques, offre un terrain d’étude idéal pour la recherche sur le stockage du carbone bleu. Cependant, la relation entre le stockage du carbone dans les sédiments côtiers du Qatar, la dégradation de la matière organique (OM) et l’activité microbienne n’a pas été suffisamment étudiée. Par conséquent, cette étude vise à explorer la capacité de stockage du carbone dans trois sites côtiers distincts du Qatar (mangroves et deux sabkhas avec des influences géologiques et tidales différentes) en utilisant des outils biologiques et géochimiques, afin de révéler comment les indicateurs biogéochimiques influencent leur potentiel de stockage de carbone bleu.

Équipe de recherche et informations de publication

Cette étude a été réalisée par une équipe de chercheurs de l’Université de Toronto (University of Toronto) et de l’Université du Qatar (Qatar University), dirigée par Ivan Strakhov, Hadil Elsayed, Zach A. Diloreto, entre autres. L’article a été publié le 22 octobre 2024 dans la revue Geo-Bio Interfaces, sous le titre Blue Carbon Cycling in the Coastal Areas of Qatar.

Méthodes de recherche

L’équipe de recherche a effectué des échantillonnages sur le terrain en décembre 2021 et octobre 2022 sur trois sites côtiers du Qatar : la sabkha de Khor Al Adaid (KAAS), la sabkha de Dohat Faishakh (DF) et les mangroves d’Al Khor (AK). Les chercheurs ont prélevé des carottes de sédiments d’environ 40 cm de profondeur, analysé l’eau interstitielle des sédiments, et réalisé des profils de profondeur du pH, de l’oxygène (O₂), du potentiel redox et du sulfure d’hydrogène (H₂S) à l’aide de microcapteurs. De plus, l’étude a utilisé la microscopie électronique à transmission à haute résolution (TEM-EDXS) et la microscopie à balayage par transmission de rayons X (STXM) pour révéler les effets de matrice favorisant la nucléation des carbonates de magnésium dans les environnements hypersalins côtiers. Le séquençage de l’ADN microbien a été utilisé pour analyser la composition des communautés microbiennes à différentes profondeurs des sédiments.

Principaux résultats

1. Conditions géochimiques à l’interface sédiment-eau : Les données des microcapteurs montrent que les eaux de surface de tous les sites étudiés sont oxydantes et alcalines, avec une concentration en oxygène et un potentiel redox significativement élevés dans les 0,1 cm supérieurs des sédiments. Cependant, l’eau interstitielle des sédiments devient rapidement anoxique sous la surface, le potentiel redox diminue, le pH approche la neutralité, et la concentration en sulfure d’hydrogène augmente de manière significative dans les couches profondes des sédiments.

2. Profils de profondeur des caractéristiques des sédiments : Dans la sabkha de KAAS, la teneur en carbone organique (TOC) est la plus élevée en surface et diminue progressivement avec la profondeur, une tendance similaire étant observée pour le carbone inorganique (TIC). Dans la sabkha de DF, la teneur en TOC augmente de manière significative dans les couches profondes des sédiments, en particulier à 11 cm et 35 cm de profondeur. Dans les mangroves d’AK, la teneur en TOC est la plus élevée en surface, diminue avec la profondeur, puis remonte légèrement dans les couches profondes.

3. Composition des communautés microbiennes : La composition des communautés microbiennes varie considérablement entre les sites. Dans les sédiments de surface de KAAS, les Proteobacteria dominent, tandis que les Firmicutes prédominent dans les couches profondes. Dans les sédiments de surface de DF, les Chloroflexi et les Proteobacteria sont dominants, tandis que les Firmicutes prédominent dans les couches profondes. Dans les mangroves d’AK, les Proteobacteria dominent en surface, tandis que les Firmicutes et les Euryarchaeota prédominent dans les couches profondes.

4. Formation des minéraux carbonatés : Grâce à l’analyse par diffraction des rayons X (XRD) et TEM-EDXS, l’équipe de recherche a découvert la présence de dolomite en abondance dans les sédiments de DF et AK, en particulier dans les couches profondes. La formation de la dolomite est étroitement liée à la dégradation de la matière organique, en particulier dans les couches profondes de DF, où la nucléation de la dolomite est associée à des tapis microbiens enfouis.

Conclusion de la recherche

L’étude montre que la capacité de cycle et de stockage du carbone dans trois environnements côtiers uniques du Qatar est influencée à des degrés divers par les dépôts hydrodynamiques, les conditions oxiques/anoxiques, la dégradation de la matière organique, les phases de carbone inorganique et la composition des communautés microbiennes. Dans la sabkha de DF, la teneur en carbone organique et inorganique est étroitement liée au taux de dégradation de la matière organique, avec une nucléation de la dolomite près des tapis microbiens enfouis. Dans la sabkha de KAAS, la teneur en carbone organique, inorganique et en phosphore total est uniquement corrélée à la profondeur des sédiments, le carbone étant stocké sous une interface sédiment-eau hautement alcaline, fixé par la photosynthèse oxygénique et anoxygénique dans les tapis microbiens de surface. Dans les mangroves d’AK, le carbone inorganique est lié à la dégradation de la matière organique provenant des mangroves, avec une abondance de dolomite dans les sédiments de surface.

Points forts de la recherche

1. Mécanismes de stockage du carbone bleu : L’étude révèle les multiples mécanismes de stockage du carbone bleu dans les sédiments côtiers du Qatar, y compris la dégradation de la matière organique, la formation de minéraux carbonatés et l’activité microbienne.
2. Formation de la dolomite : L’étude montre que la formation de la dolomite est étroitement liée à la dégradation de la matière organique, en particulier dans les couches profondes de DF, où la nucléation de la dolomite est associée à des tapis microbiens enfouis.
3. Rôle des communautés microbiennes : L’étude met en évidence le rôle clé des communautés microbiennes dans le cycle et le stockage du carbone, en particulier la dominance des Firmicutes et des Proteobacteria dans les couches profondes des sédiments.

Importance de la recherche

Cette étude fournit des insights importants pour comprendre les mécanismes de stockage du carbone bleu dans les zones humides côtières, en particulier la formation de minéraux carbonatés et le rôle de la dégradation de la matière organique dans les environnements hypersalins. Les résultats ont une valeur de référence significative pour les modèles de cycle global du carbone et la protection des zones humides côtières, en particulier dans le contexte du changement climatique et de l’acidification des océans.

Autres informations utiles

L’étude souligne également que la capacité de stockage du carbone bleu dans les zones côtières du Qatar est menacée par le changement climatique rapide et les modifications de l’utilisation des terres. Par conséquent, il est crucial de protéger la capacité naturelle de stockage du carbone de ces zones côtières, en particulier face aux pressions du développement industriel et des activités humaines.