Les proliférations de cyanobactéries ont provoqué la précipitation de carbonate de calcium et la dissolution de la silice dans un lagon subtropical, Florida Bay, USA

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4071 (2023) Citer cet article

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Au cours des dernières décennies, les proliférations annuelles de cyanobactéries dans la baie de Floride ont affiché des schémas spatiaux et temporels compatibles avec les changements d'alcalinité et de silicium dissous dans l'eau. Au début de l'été, les fleurs se sont développées dans la baie du centre-nord et se sont propagées vers le sud à l'automne. Les efflorescences ont attiré le carbone inorganique dissous et augmenté le pH de l'eau, provoquant une précipitation in situ de carbonate de calcium. Les concentrations de silicium dissous dans ces eaux étaient minimales au printemps (20 à 60 µM), augmentaient en été et atteignaient un maximum annuel (100 à 200 µM) à la fin de l'été. La dissolution de la silice à la suite d'un pH élevé dans l'eau de floraison a été observée pour la première fois dans cette étude. Au plus fort des proliférations, la dissolution de la silice dans la baie de Floride variait de 0,9 × 107 à 6,9 × 107 mol par mois au cours de la période d'étude, selon l'étendue des proliférations de cyanobactéries au cours d'une année donnée. Les précipitations simultanées de carbonate de calcium dans la région d'efflorescence des cyanobactéries se situent entre 0,9 × 108 et 2,6 × 108 mol par mois. On estime que 30 à 70 % de l'absorption de CO2 atmosphérique dans les eaux de floraison ont été précipités sous forme de carbonate de calcium minéral et que les restes de l'afflux de CO2 ont été utilisés pour la production de biomasse.

Au cours des dernières décennies, des efflorescences de cyanobactéries se sont produites dans le monde entier, allant des lacs et rivières d'eau douce aux eaux estuariennes et aux lagunes côtières1,2,3,4,5. Les proliférations fréquentes de cyanobactéries dans le monde ont attiré l'attention des scientifiques et du public, comme la mer Baltique dans le nord de l'Europe, le lagon de Bolmon dans le sud de la France, la mer Caspienne en Asie occidentale, le lac Victoria en Afrique, le lac Érié en Amérique du Nord, le lac Taihu en Chine, et le lac Kasumigaura au Japon6,7,8,9,10,11,12. La prolifération et l'expansion des cyanobactéries forment souvent des proliférations d'algues nocives qui produisent des toxines, modifient le réseau trophique et génèrent une hypoxie dans les écosystèmes aquatiques6,7,8,9,10,11,12. Ils affectent non seulement la santé des écosystèmes, mais représentent également une menace sérieuse pour la disponibilité et la durabilité de nos ressources en eau douce et saumâtre13,14,15. De nombreuses études se sont concentrées sur les conditions environnementales qui déclenchent les proliférations de cyanobactéries, notamment l'eutrophisation, la charge en nutriments et la température élevée de l'eau16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26. Des études récentes ont démontré que la floraison des cyanobactéries non seulement absorbe le CO2 de l'air, mais libère également un autre gaz à effet de serre, le méthane, dans l'air27.

La baie de Floride est située à l'extrémité sud de la péninsule de Floride, aux États-Unis, et séparée de l'océan Atlantique par une chaîne d'îles de 180 milles appelée les Florida Keys. C'est l'un des plus grands lagons côtiers du monde avec une superficie d'environ 2000 km2. Depuis 1991, la baie de Floride a connu des efflorescences persistantes de cyanobactéries. Les efflorescences de cyanobactéries dans la baie de Floride ont affiché des modèles spatiaux et temporels similaires chaque année28,29,30,31. De nombreuses études ont documenté le développement de proliférations annuelles de cyanobactéries dans la baie de Floride à la fin du printemps ou au début de l'été. Il a été démontré que la baie du centre-nord a connu une fréquence et une intensité élevées des efflorescences avec des biovolumes cellulaires de la cyanobactérie Synechococcus dépassant régulièrement 107 µm3 ml−1 (Fig. 1)29. Une forte concentration de cyanobactéries s'est propagée au centre-sud de la baie au cours de l'automne. Ce modèle de transport a coïncidé avec le début des fronts froids saisonniers à l'automne. Pendant la saison automnale, le front froid a apporté un vent fort du nord ou du nord-ouest qui peut entraîner l'eau chargée de fleurs de la baie du centre-nord vers la baie du centre-sud29. Les schémas similaires observés de variation de la salinité dans ces deux régions ont soutenu le vent saisonnier comme force motrice de la circulation de l'eau dans la région centrale de la baie de Floride32.

Emplacements de 40 stations d'échantillonnage dans la baie de Floride. La progression saisonnière de l'efflorescence des cyanobactéries est indiquée par la flèche et les courbes de niveau : l'été en trait plein et l'automne en trait pointillé (d'après Phlips et al.29).

Les cyanobactéries traitent deux modes de capture du CO2 : la photosynthèse convertit le CO2 en carbone organique et la calcification combine l'ion calcium avec le CO2 en minéraux de carbonate de calcium. Le mécanisme largement accepté dans la calcification implique le mécanisme de concentration du dioxyde de carbone33. Les cellules de cyanobactéries sont capables d'augmenter la concentration de CO2 sur le site de l'enzyme de carboxylation ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (Rubisco) jusqu'à 1000 fois par rapport à celle des eaux ambiantes, élevant le pH à l'extérieur de la cellule et facilitant ainsi le calcium précipitation carbonatée34. La nucléation de calcite sur les gaines de cyanobactéries a été observée dans des études antérieures35.

Dans le processus de calcification, chaque mole de formation minérale de carbonate de calcium consomme deux moles d'alcalinité comme suit.

La photosynthèse par les cyanobactéries dans les eaux de floraison attire le carbone inorganique dissous et augmente le pH. L'augmentation du pH dans l'eau peu profonde de la baie a entraîné la précipitation de carbonate de calcium et la dissolution de la silice dans les sédiments.

La dissolution de la silice dans l'eau à pH circumneutre est initiée par l'attaque nucléophile des molécules d'eau qui provoque la rupture des liaisons siloxane, > Si–O–Si < , à la surface des particules36. Lorsqu'une molécule d'eau s'approche d'un atome de silicium de surface, le transfert de densité électronique s'affaiblit et finit par rompre la liaison siloxane Si – O adjacente et se lie à la molécule d'eau en dissociation pour former des groupes Si – OH (silanol). Le processus est ensuite répété jusqu'à ce que toutes les liaisons siloxane entourant un atome de silicium de surface soient rompues et la formation d'une molécule d'acide silicique dissoute, Si(OH)4. Un ion hydroxyde chargé est un nucléophile plus fort que l'eau moléculaire car il conduit à la déprotonation des groupes silanol de surface, facilitant ainsi davantage la rupture des liaisons siloxane de pontage. La dissolution de la silice favorisée par les bases a déjà été démontrée pour le test des diatomées marines et les phytolithes végétaux37.

D'autre part, l'eau douce et l'eau de mer sont sous-saturées en ce qui concerne la solubilité de la plupart des minéraux de silice, qui est d'environ 2 mM. La dissolution de la silice est thermodynamiquement favorable dans la plupart des eaux naturelles, mais la vitesse de dissolution est cinétiquement limitée. Le taux de dissolution est amélioré par un pH plus élevé, comme en témoigne une étude selon laquelle le taux a été multiplié par cinq, passant de pH 6,3 en eau douce à pH 8,1 en eau de mer38. Notre étude précédente a documenté que les proliférations de cyanobactéries ont absorbé le CO2 atmosphérique et que les eaux de prolifération agissent comme un puits de CO2 dans la baie de Floride39. L'objectif de cette étude est de quantifier le bilan annuel des précipitations de carbonate de calcium et de la dissolution de la silice induites par les proliférations de cyanobactéries dans la baie de Floride.

Des échantillons d'eau pour l'analyse des éléments nutritifs ont été prélevés à partir de 40 stations dans la baie de Floride lors de l'enquête bimensuelle à bord du N/R Virginia Key de 1999 à 2012. Des mesures du pH de l'eau et du carbone inorganique dissous ont été ajoutées après 2006. Des informations détaillées sur l'échantillonnage et l'analyse des échantillons ont été publié ailleurs39. En bref, les échantillons d'eau de mer filtrés ont été analysés dans notre laboratoire à terre pour le carbone inorganique dissous, le pH et les nutriments. Le carbone inorganique dissous a été analysé à l'aide d'un analyseur de carbone organique total Shimadzu TOC-V en mode carbone inorganique. Des échantillons d'eau de mer ont été acidifiés avec de l'acide chlorhydrique pour libérer du dioxyde de carbone, et ce dernier a été détecté par un analyseur de gaz infrarouge non dispersif. Le pH de l'échantillon d'eau de mer a été mesuré par une méthode spectrophotométrique utilisant du violet de m-crésol comme colorant indicateur. Les changements d'absorbance ont été quantifiés par un spectrophotomètre Agilan-8453 à des longueurs d'onde de 578 et 434 nm40. Les valeurs de pH ont ensuite été calculées sur l'échelle des protons totaux à 25 °C à l'aide des valeurs de pK du colorant indicateur qui ont été mesurées sur la plage de salinité estuarienne41.

Les échantillons de nutriments ont été analysés avec un analyseur automatique Seal pour les concentrations de nitrate, de nitrite, de phosphate et de silicate. Le nitrate dans les échantillons a d'abord été réduit en nitrite par une colonne de cadmium recouverte de cuivre42, et la concentration en nitrite résultante (c'est-à-dire la somme du nitrate + le nitrite d'origine) a ensuite été déterminée par une réaction de diazotation avec du sulfanilamide et un couplage avec du dichlorhydrate de N-1 naphtyléthylènediamine pour former un colorant azoïque rose dont l'absorbance a été mesurée à 540 nm43. Le phosphate dans l'échantillon a été déterminé par sa réaction avec l'acide molybdate pour former un complexe de phosphomolybate qui a ensuite été réduit avec de l'hydrazine pour former du bleu de phosphomolybdium, dont l'absorbance a été mesurée à 736 nm44. Le silicate a été analysé par sa réaction avec le molybdate d'ammonium dans une solution acide pour former de l'acide β-molybdosilicique, qui a ensuite été réduit par l'acide ascorbique pour former du bleu de molybdène. L'absorbance du bleu de molybdène a été mesurée à 660 nm. De l'acide oxalique a été ajouté pour empêcher la réduction de l'excès de molybdate et pour minimiser l'interférence du phosphate dans l'échantillon45.

Les paramètres de carbone inorganique dans l'eau de mer ont été calculés à l'aide de CO2SYS.XLS à partir de la concentration mesurée de carbone inorganique dissous, du pH, de la salinité, de la température, des nutriments et des constantes de dissociation de l'acide carbonique dans l'échelle du proton total46,47,48. Des procédures détaillées pour le calcul des paramètres de carbone inorganique ont été publiées ailleurs39. En bref, l'alcalinité du carbonate et l'état de saturation du carbonate de calcium (Ω) dans les échantillons d'eau de mer ont été calculés à partir des valeurs mesurées du pH et de la concentration en carbone inorganique dissous. Par définition de l'alcalinité carbonatée49, les processus biologiques impliquant le CO2, tels que la photosynthèse et la respiration, ne modifient pas l'alcalinité carbonatée de l'eau ambiante, toute modification de l'alcalinité carbonatée est attribuée à la précipitation ou à la dissolution des minéraux de carbonate de calcium. Cependant, l'alcalinité totale change légèrement dans les processus de photosynthèse ou de respiration à la suite de l'assimilation ou de la libération d'espèces nutritives inorganiques50.

L'alcalinité du silicium et du carbonate dissous à l'échelle de la baie pour chaque relevé a été intégrée à partir des 40 stations à l'aide de fichiers de grille de contour créés avec le logiciel Surfer. Surfer est un programme de cartographie basé sur une grille qui interpole les données des stations d'enquête irrégulièrement espacées dans une grille régulièrement espacée. La grille est utilisée pour produire différents types de cartes, notamment des cartes de contour et de surface 3D. L'inventaire à l'échelle de la baie du silicium dissous et de l'alcalinité carbonatée pour chaque étude a été calculé à l'aide de la fonction de calcul du volume de la grille dans Surfer avec entrée de la profondeur moyenne de l'eau dans la baie de Floride.

Dans cette étude, l'alcalinité totale et l'état de saturation en carbonate de calcium (Ω) ont été calculés à partir du carbone inorganique dissous mesuré, du pH, de la salinité et des nutriments. À titre d'exemple, les distributions spatiales à l'échelle de la baie de l'alcalinité totale et de Ω et leur variation saisonnière en 2011 sont illustrées à la Fig. 2.

Changements saisonniers dans la distribution spatiale de (A) l'alcalinité totale (TA,1400–3200 µM, intervalle 200 µM) et (B) l'état saturé Ωc (2–11, intervalle 1) dans les eaux de la baie de Floride au cours de l'année 2011. Les cartes de contour étaient généré à l'aide d'un logiciel commercial Surfer version10 (https://www.goldensoftware.com).

En mars, l'alcalinité totale (TA) était élevée sur toute la baie, en moyenne de 2720 ± 221 µM ; Ω étaient modérés, allant de 3,13 à 5,85 avec une moyenne de 4,99 ± 0,76. Le TA le plus élevé a été trouvé dans les stations côtières du nord adjacentes aux zones humides des Everglades, allant de 2801 à 3154 µM à l'exception du TA le plus bas (2058 µM) et du pH le plus élevé (8,10) à la station 7 du centre-nord.

En avril, l'AT à l'échelle de la baie a diminué à 2 502 ± 284 µM. Cela était principalement dû à une diminution de TA à la station 7 (2058 µM) et à la propagation des eaux à faible TA (< 2100 µM) vers le sud jusqu'à la baie centrale. À la fin du mois de mai, les eaux à faible TA et à pH élevé ont atteint leur étendue maximale dans la baie centrale, s'étendant des eaux côtières au large des Everglades au nord aux eaux proches des Florida Keys au sud. Cependant, le TA le plus bas de 1544 µM et le pH le plus élevé de 8,53 sont restés à la station 7. Le Ω a également atteint des maxima annuels (8,15 à la station 33 dans la baie du centre-nord) et une plus grande étendue spatiale, s'étendant sur toute la baie centrale.

Au fur et à mesure que la saison avançait vers l'automne, la zone d'eau à faible TA et à Ω élevé a diminué de manière significative, mais la station 7 est restée la TA la plus basse (1811 µM) et le deuxième pH le plus élevé (8,22) dans la baie. L'eau à haute Ω a été observée dans la baie centrale. En octobre, l'AT dans la baie orientale a augmenté au-dessus de 2500 µM, mais les eaux à faible TA de la baie centrale avaient continué à se propager plus au sud. En décembre, TA a augmenté sur toute la baie et l'eau à faible TA observée précédemment avait complètement disparu.

La distribution spatiale et la variation saisonnière de TA étaient opposées à celles de la salinité dans la baie. Les TA les plus élevées observées dans le coin nord-est en hiver étaient associées à la salinité la plus faible (~ 18) dans la baie32,51. Au début de l'été, la salinité la plus élevée (> 40) développée dans la baie centrale nord a coexisté avec la TA la plus faible observée32,51.

Les distributions spatiales du pH et de la concentration de silicium dissous et leur variation saisonnière en 2011 sont illustrées à la Fig. 3. La distribution spatiale du pH était opposée à celle du DIC et du TA en raison du tampon carbonate dans l'eau de mer pH52,53. En mars, le pH était aux minima annuels, allant de 7,69 à 8,10 avec une moyenne de 7,93 ± 0,08. Le pH a atteint des maxima annuels en mai et a diminué en septembre.

Changements saisonniers dans la distribution spatiale de (A) pH (7,0–9,0, intervalle 0,2) et (B) silicium dissous (Si, 0–200 µM, intervalle 20 µM) dans les eaux de la baie de Floride au cours de l'année 2011. Les cartes de contour ont été générées à l'aide un logiciel commercial Surfer version10 (https://www.goldensoftware.com).

Des concentrations élevées de silicium dissous ont été observées dans les eaux de prolifération de cyanobactéries (Fig. 3). En mars, les concentrations de silicium dissous étaient faibles sur toute la baie à l'exception de la région du centre-nord où le maximum de silicium dissous a atteint 130,6 µM à la station 7. En avril, la concentration de silicium dissous a augmenté à 133,8 µM mais un maximum de silicium dissous (142,8 µM) a été trouvé. à une station voisine 6. À la fin du mois de mai, l'eau à haute teneur en silicium dissous a atteint son étendue maximale dans la baie centrale avec une concentration maximale de 159,2 µM restée à la station 6, mais l'eau à haute teneur en silicium dissous se répandait dans les directions sud et ouest. Au fur et à mesure que la saison avançait vers l'automne, la concentration de silicium dissous diminuait considérablement et l'eau à haute teneur en silicium dissous observée en été avait complètement disparu.

Comme le montrent les données de 2011, le pH maximal et les concentrations de silicium dissous se produisent toujours au centre des efflorescences de cyanobactéries dans la baie. Les concentrations maximales mensuelles de silicium dissous observées dans la baie de 1999 à 2012 sont tracées avec les maxima de pH observés de 2006 à 2012 sur la figure 4. Les concentrations maximales de silicium dissous sont faibles en hiver et atteignent des valeurs maximales chaque été. La concentration de silicium dissous la plus élevée observée dans la baie de Floride était de 300 µM à l'été 2007. Pendant les saisons hivernales, les concentrations de silicium dissous étaient inférieures à 20 µM avant 2005. Après un apport élevé de silicium dissous à l'été 2007, le silicium dissous en hiver a augmenté à plus de 50 µM et atteint à 100 µM en 2011 et 2012 dans la baie de Floride. Le pH mesuré était associé à un maximum de silicium dissous et variait de 8,1 à 8,6. Au printemps, le pH maximal était de 8,2 ± 0,1 et augmentait rapidement à 8,5 ± 0,1 en mai. Le pH maximal a diminué graduellement en automne et en hiver jusqu'à 8,3 ± 0,1.

Changements saisonniers et interannuels de la concentration maximale de silicium dissous et du pH maximal mensuel observés dans la baie de Floride au cours de la période 1999-2012.

La variation saisonnière et interannuelle de l'inventaire de silicium dissous à l'échelle de la baie est illustrée à la figure 5, qui est similaire à la concentration maximale de silicium dissous car l'inventaire est dominé par des eaux à haute teneur en silicium dissous. L'inventaire de silicium dissous à l'échelle de la baie variait de 1,0 × 107 à 2,0 × 108 mol avec une moyenne de 1,0 × 108 ± 1,25 × 107 mol sur la période 1999-2012. L'inventaire minimum de silicium dissous à l'échelle de la baie de 1,0 × 107 mol a été observé au cours de l'hiver 1999–2005. Les minima hivernaux ont augmenté à plus de 7,0 × 107 mol en 2006 et 2007. Ils ont diminué à 1,0 × 107 mol en 2010, mais ont de nouveau augmenté par la suite. Les maxima annuels de l'inventaire de silicium dissous à l'échelle de la baie se sont produits en mai en raison de la prolifération de cyanobactéries. Une variation interannuelle substantielle a été observée en plus de la tendance saisonnière.

Changements saisonniers et interannuels du pH maximal et de l'inventaire du silicium dissous dans la baie de Floride au cours de la période 1999-2012.

Les maxima annuels de l'inventaire de silicium dissous à l'échelle de la baie variaient d'un minimum de 9,0 × 107 ± 1,0 × 107 mol en 1999–2004 à un maximum de 2,0 × 108 mol en 2007. Les précipitations simultanées de carbonate de calcium dans la région de la prolifération de cyanobactéries se situent entre 0,9 × 108 à 2,6 × 108 mol par mois (Fig. 6). On estime que 30 à 70 % de l'absorption atmosphérique de CO2 dans les eaux de floraison se sont terminées par des précipitations de carbonate de calcium et que l'afflux de CO2 restant a été utilisé pour la production de biomasse.

Changements saisonniers et interannuels du pH maximum et inventaire de l'alcalinité totale dans la baie de Floride sur la période 2006-2012.

Comme le montrent les Fig. 2 et 3, l'alcalinité à l'échelle de la baie diminue du nord au sud. Cela est dû au fait que le nord de la baie de Floride reçoit un apport matériel substantiel sous forme de ruissellement des zones humides des Everglades. L'alcalinité élevée dans la baie nord a été produite à partir de la dissolution des sédiments riches en carbonate de calcium par l'acide généré par la respiration de la matière organique, qui est produite in situ à partir de la forêt de mangrove côtière et du ruissellement des zones humides des Everglades dans la baie nord54. La prolifération de cyanobactéries développée dans la baie centrale nord a induit une précipitation de carbonate de calcium et réduit l'alcalinité dans la région de la prolifération. Dans l'ensemble, les changements substantiels de l'alcalinité totale à l'échelle de la baie sont entraînés par la colonne d'eau et la calcification benthique (diminution de l'alcalinité) et l'oxydation de la matière organique (augmentation de l'alcalinité). Cela contraste avec les eaux océaniques ouvertes, où l'on peut généralement observer une petite co-variation de la salinité et de l'alcalinité totale par l'apport ou la perte d'eau douce via les processus d'évaporation.

L'accumulation observée de silicium dissous élevé dans la baie de Floride est en partie due aux eaux peu profondes de la baie (profondeur moyenne 1 m) où la remise en suspension des sédiments est susceptible d'augmenter le contact des minéraux de silice, y compris la silice biogénique, avec l'eau à pH élevé38. À notre connaissance, il s'agit de la première observation sur le terrain de la dissolution de la silice des sédiments dans une eau de floraison à pH élevé. Cela est dû en partie au fait que de nombreuses études sur la qualité des eaux côtières se concentrent uniquement sur l'azote et le phosphore et ne mesurent pas la concentration de silicium dissous. Dans les écosystèmes aquatiques en eau profonde tels que l'océan ou les lacs, cependant, les eaux de surface à pH élevé induites par la prolifération ont peu de chance en contact avec les sédiments du fond de provoquer la dissolution des minéraux de silice et, par conséquent, il n'a peut-être pas été possible d'observer l'accumulation de silicium dissous dans la colonne d'eau.

Les stromatolites fossiles précambriens témoignent de la longue histoire évolutive des cyanobactéries marines55,56. Plus de trois milliards d'années d'évolution leur ont fourni des adaptations physiologiques aux conditions environnementales extrêmes et des mécanismes pour absorber et stocker les éléments nutritifs essentiels de manière intracellulaire56,57. Les capacités remarquables incluent la survie à des températures extrêmes, des habitats couverts de glace aux sources chaudes. De nombreuses expériences d'observation et de culture sur le terrain ont montré que les cyanobactéries sont capables de précipiter le carbonate de calcium des eaux ambiantes35,58,59, et différentes formes de carbonates de calcium peuvent se former à partir de différents environnements, tels que l'aragonite précipitée dans l'eau de mer, la calcite à haute teneur en magnésium dans l'eau saumâtre. , et de la calcite à faible teneur en magnésium dans l'eau douce60,61. Cependant, un certain nombre d'études ont également montré la dissolution des minéraux de silice et d'oxydes de fer par les communautés cyanobactériennes62,63. Dans cette étude, nous avons fourni la première preuve d'observation sur le terrain de la précipitation à l'échelle de la baie de carbonate de calcium et de la dissolution de la silice par les efflorescences annuelles de cyanobactéries dans l'un des plus grands lagons côtiers du monde, la baie de Floride, aux États-Unis.

Bien que les efflorescences annuelles de cyanobactéries n'aient été documentées dans la baie de Floride que depuis quelques décennies, les efflorescences peuvent se produire sur des échelles de temps beaucoup plus longues. Les précipitations de carbonate de calcium dans la baie ouest se présentent principalement sous la forme de calcite à haute teneur en magnésium54. La profondeur moyenne de l'eau est d'environ un mètre dans la baie de Floride, mais la région ouest de la baie est moins profonde avec des bancs de boue de carbonate de calcium étendus32. L'accumulation continue de carbonate de calcium dérivé des efflorescences cyanobactériennes in situ pourrait augmenter le taux de production de sédiments et donc élever le fond de la baie et réduire la profondeur de l'eau dans la région ouest de la baie.

Généralement, la teneur en silicium dissous est faible dans les rivières tropicales et subtropicales64. En effet, Shark River dans les Everglades subtropicales est pauvre en silicium dissous. Cependant, la dissolution de la silice biogénique s'est produite dans la zone de transition terre-océan autour du globe65. Une telle dissolution est renforcée par un pH et une salinité plus élevés de l'eau de mer38. Les efflorescences de diatomées se produisent également fréquemment dans la baie ouest28,66. Les efflorescences de cyanobactéries dans la région pourraient fournir suffisamment de silicium dissous dans l'eau à pH élevé, ainsi qu'une concentration élevée de phosphate à l'équilibre provenant des sédiments de la région67, pour initier et entretenir l'efflorescence de diatomées dans la baie ouest. Dans l'ensemble, les proliférations de cyanobactéries ont entraîné la dynamique des nutriments et du carbone et ont affecté la fonction écosystémique de la baie de Floride.

Cette étude a documenté les efflorescences annuelles de cyanobactéries induisant une précipitation substantielle de carbonate de calcium et la dissolution de la silice dans la baie de Floride. Les efflorescences ont induit des précipitations mensuelles de carbonate de calcium dans une plage de 0,9 × 108 à 2,6 × 108 mol et une dissolution mensuelle de silice dans une plage de 0,9 × 107 à 6,9 × 107 mol. Les eaux de floraison sont des puits de CO2 dans la baie de Floride et on estime que 30 à 70 % de l'absorption atmosphérique de CO2 dans les eaux de floraison ont été précipitées sous forme de carbonate de calcium et que les restes de l'afflux de CO2 ont été utilisés pour la production de biomasse.

Une étude future dans la baie de Floride doit surveiller chaque année les efflorescences de cyanobactéries afin d'identifier les facteurs environnementaux qui régulent l'intensité des efflorescences. En plus de quantifier le flux de CO2 dans la baie de Floride, il doit également examiner la source potentielle de méthane provenant des eaux de prolifération de cyanobactéries pour fermer le bilan carbone de la baie.

Les données utilisées dans cet article sont disponibles sur le site Web du NOAA Atlantic and Meteorological Laboratory : https://www.aoml.noaa.gov/data-products/#so-flo-cruise-data.

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L'auteur remercie Charlie Fischer, Lindsey Visser et Chris Kelble pour leur aide dans la collecte et l'analyse des échantillons lors de l'enquête sur le terrain dans la baie de Floride. Cette étude a été soutenue par NOAA/COP et NOAA/OAR. Les déclarations, constatations, conclusions et recommandations sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les vues de la NOAA ou du Département américain du commerce.

Ocean Chemistry and Ecosystems Division, Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory, National Oceanic and Atmospheric Administration, Miami, FL, 33149, États-Unis

Jia-Zhong Zhang

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J.-ZZ a analysé les données et rédigé le manuscrit.

Correspondance à Jia-Zhong Zhang.

L'auteur ne déclare aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Zhang, JZ. Les efflorescences de cyanobactéries ont induit la précipitation de carbonate de calcium et la dissolution de la silice dans un lagon subtropical, Florida Bay, USA. Sci Rep 13, 4071 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30905-4

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Reçu : 29 septembre 2022

Accepté : 03 mars 2023

Publié: 11 mars 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-30905-4

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