Réalisation

Suivi des changements dynamiques diurnes de l’oxygène, du pH et de la température sur les récifs coralliens

Illustrations

Description

Client / Type de client :

Section de biologie marine, Département de biologie, Université de Copenhague

Problématique / Besoin :

Le changement climatique menace les écosystèmes marins les plus divers, dont les récifs coralliens.
L’augmentation de la température des eaux de surface et l’acidification des océans constituent un défi pour les récifs du monde entier.

Un facteur de stress plus négligé, mais pourtant grave, est la désoxygénation des océans, qui provoque des conditions de faible teneur en oxygène (hypoxie) sur les récifs coralliens. Cependant, les connaissances sur la dynamique de l’oxygène in situ sur les récifs sont limitées. En utilisant le nouvel enregistreur sous-marin AquapHOx de PyroScience, nous avons suivi les changements dynamiques de l’oxygène (O2), du pH et de la température au cours d’un cycle diurne comme le résultat des changements d’irradiation et des marées dans une parcelle de coraux branchés Acroporidae sur le récif plat de Heron Island, sur la Grande barrière de corail Australienne.

Méthode utilisée / Réponse apportée :

Mise en place et site d’étude

Deux enregistreurs AquapHOx de PyroScience ont été calibrés selon les procédures standard et déployés (Fig.1A-D), du 16 janvier au 21 janvier 2020 à la marée basse sur le récif plat peu profond de Heron Island, Grande barrière de corail Australienne, Queensland, (23° 26.5540 S, 151° 54.7420 E). Les enregistreurs sous-marins étaient équipés de capteurs à optode sensibles à l’O2 et au pH et ont été placés dans un patch corallien, dominé par des coraux branchés Acroporidae (Fig. 1B et D). Les enregistreurs ont été maintenus en place à l’aide de poids de plongée, avec les composants optiques orientés vers le bas dans le patch corallien, pour i) mesurer à l’intérieur du patch corallien et ii) protéger les pastilles des capteurs optiques d’une irradiation élevée. Pendant le cycle des marées (Fig.2A et B), la partie des enregistreurs sensible à l’analyte est restée immergée à tout moment et les données ont été enregistrées toutes les 5 minutes.

Résultats et discussion

La colonne d’eau au-dessus des enregistreurs a changé de façon assez spectaculaire (sur ~ 1,9 m) avec les marées sur 24 heures, et la variation des marées semble avoir des conséquences prononcées sur la température, le pH et les niveaux d’O2 dans le patch corallien (Fig. 2).

Le pH (Fig. 2B) et la concentration en oxygène (Fig. 2A) in-situ ont été déterminés en parallèle à l’aide de capteurs optiques (OXSP5 et PHSP5-PK8). Les deux enregistreurs ont été placés à proximité immédiate, pour des résultats comparables. La température a été mesurée (et utilisée pour la compensation automatique de la température) par le capteur de température intégré des enregistreurs AquapHOx et a varié de ~27,5 °C (enregistreur de pH) et ~27,1 °C (enregistreur d'O2) à 6 h 37 du matin à ~30,0 °C (enregistreur de pH) et ~29,6 °C (enregistreur d'O2) à 12 h 27.

Le pH (Fig. 2B) et l'O2 (Fig. 2A) ont suivi un schéma similaire à celui de la température enregistrée, avec de fortes augmentations peu après le lever du soleil, atteignant des valeurs maximales de ~336 µmol L-1 O2 à 13h16 et des valeurs de pH de ~8,34, qui sont restées relativement constantes entre 12h57 et 18h12. À 18h12 (25 minutes avant le coucher du soleil), le pH, l'O2 et la température ont montré un petit pic suivi d'une diminution rapide des trois paramètres. Les valeurs minimales ont été observées dans l'obscurité (bien que fluctuant dans le temps, ce qui pourrait être dû au mouvement de l'eau causé par les marées ou les animaux) avec des concentrations d'O2 atteignant une valeur aussi basse que ~28 µmol L-1 (donc, un changement de 308 µmol L-1), et un pH ~7,86 (donc, un changement de 0,48 unités de pH). Dans l'ensemble de l'eau de mer, nous avons mesuré un pH de ~8,3 - 8,4 et une concentration en O2 de ~250 µmol O2 L-1 (données non présentées).

Conclusion et perspectives

Les nouveaux enregistreurs sous-marins AquapHOx ont été faciles à déployer sur des îlots de récifs coralliens et ont généré des données in-situ de haute qualité démontrant des variations diurnes prononcées de variables environnementales importantes (température, O2 et pH) induites par l’irradiance et les changements de marée.

Cela fait la démonstration de conditions hypoxiques dans le patch corallien étudié pendant la nuit. Nous présentons ici les données d’un cycle diurne complet de 24 heures commençant à minuit. Cependant, les enregistreurs ont réussi à acquérir des données similaires sur plusieurs jours - et l’enregistreur peut fonctionner pendant des semaines, voire des mois. Les enregistreurs sous-marins AquapHOx sont des outils idéaux pour suivre la dynamique chimique des récifs coralliens, et seraient bien adaptés à la surveillance détaillée à long terme, par exemple du statut de l’O2 et de l’occurrence de l’hypoxie sur les récifs coralliens.

De telles informations sont actuellement très limitées dans la littérature scientifique. Nous avons utilisé la version pour les eaux profondes de l’enregistreur AquapHOx (pour un fonctionnement sous l’eau jusqu’à 4000 m de profondeur). La version pour les eaux peu profondes facilitera le déploiement d’un plus grand réseau d’enregistreurs, ce qui améliorera considérablement la connaissance de la dynamique physico-chimique des récifs coralliens dans des conditions normales et dans des conditions de stress liées au changement climatique.

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