Comprendre le cycle ENSO et son empreinte océanographique

Le système du courant de Californie, l'un des quatre principaux écosystèmes de la frontière orientale du monde, est profondément façonné par l'oscillation El Nino-Sud (ENSO). Ce phénomène couplé océan-atmosphère oscille entre les phases chaudes (El Nino) et froides (La Nina), chacune imposant des signatures physiques et biologiques distinctives sur les eaux côtières.L'ENSO est originaire du Pacifique équatoriale, mais son influence se propage vers le pôle par des téléconnections atmosphériques et des vagues océaniques Kelvin, faisant de la côte californienne une région sentinelle pour détecter les réactions à l'échelle de l'écosystème.

Mécanismes d'El Nino le long de la côte de Californie

Pendant les événements d'El Nino, des températures de surface anormalement chaudes (SST) se développent dans le Pacifique tropical central et oriental. Cette chaleur est transmise vers le nord le long de la côte nord-américaine par des vagues côtières piégées qui dépriment la thermocline et suppriment l'inclinaison normale vers le haut des isothermes près de la rive. Le résultat est un approfondissement de la couche mixte, une inclinaison réduite de la thermocline et un affaiblissement important de la remontée côtière.

El Nino déplace la position du bas Aleutien et du haut du Pacifique Nord, modifiant les régimes de stress éolien le long de la côte. Pendant les hivers typiques du El Nino, la côte californienne connaît une fréquence plus élevée de tempêtes et de vents plus forts favorables au downwelling, s'opposant davantage à la dynamique normale du downwelling. Ces perturbations physiques s'accumulent dans l'écosystème, affectant la productivité de la base du réseau alimentaire aux prédateurs supérieurs.

Limitation des éléments nutritifs et réponse au phytoplancton

La suppression du soulèvement durant les événements d'El Nino réduit l'afflux de nitrate, de phosphate et de silicate dans les eaux de surface. Les communautés de Phytoplancton réagissent avec une biomasse plus faible et des changements dans la composition des espèces. Les diatomées, qui nécessitent des concentrations élevées de nutriments et sont généralement dominantes pendant les périodes de soulèvement productives, sont souvent remplacées par des picoplancton plus petits et des dinoflagellés adaptés aux conditions chaudes et stratifiées.

Intrusion de l'eau chaude et invasion d'espèces

Les événements El Nino facilitent le transport des espèces d'eau chaude vers la pole. Lors d'événements forts comme 1997-1998 et 2015-2016, des organismes tropicaux et subtropicaux ont été enregistrés au nord de leur aire de répartition typique, notamment des espèces de copépodes d'eau chaude, des poissons larvaires d'affinité tropicale, et même de grands prédateurs comme le thon jaune et le mahi-mahi apparaissant au large des côtes de la Californie.

Dynamique de La Nina et renforcement de l'habitat

La Nina représente la phase froide de l'ENSO, caractérisée par des températures de surface plus froides que la moyenne dans le Pacifique équatoriale. La réponse atmosphérique renforce généralement les vents de croisement et améliore le gradient de pression entre le haut du Pacifique Nord et l'intérieur du continent. Le long de la côte californienne, cela se traduit par des vents plus forts et plus persistants du nord-ouest qui entraînent une élévation accrue des côtes.

Bien que les événements de La Nina soient souvent associés à des températures plus froides, leurs impacts ne sont pas uniformément bénéfiques pour toutes les espèces ou toutes les régions. L'intensification du soulèvement peut conduire à des températures de surface plus froides que normales, qui peuvent dépasser la tolérance thermique de certains organismes adaptés au chaud.

Surge de productivité biologique

Pendant les années La Nina, l'offre accrue de nutriments stimule les proliférations de phytoplancton qui peuvent couvrir de vastes zones du plateau continental.Ces proliférations fournissent une nourriture abondante pour le zooplancton, en particulier les copépodes du genre Calanus, qui sont une source alimentaire essentielle pour les saumons juvéniles, les sébastes et les poissons fourragers comme l'anchois et la sardine.

Par exemple, la forte La Nina qui a suivi le El Nino de 1997-1998 a été associée à une récupération marquée de plusieurs stocks de poissons et à une amélioration du succès de reproduction des oiseaux marins comme l'aubergine et le mur commun de Cassin. L'interaction entre les phases ENSO ouvre ainsi la voie à des cycles de croissance et de croissance dans la productivité marine le long de la côte californienne.

Impacts sur les espèces marines clés et les niveaux trophiques

Poissons fourragers et pêches pélagiques

L'anchois du Nord, la sardine du Pacifique et le calmar du marché sont très sensibles à la variabilité environnementale induite par l'ENSO. L'anchois prospère généralement dans des conditions de production fraîches caractéristiques de La Nina, tandis que les populations de sardines tendent à s'étendre pendant des périodes de plus en plus chaudes et moins productives.

Pendant les événements d'El Nino, la distribution des poissons fourragers se contracte souvent ou se déplace vers la potence, concentrant les stocks dans des refuges plus frais. Cette redistribution affecte la disponibilité des proies pour les oiseaux de mer, les mammifères marins et les poissons prédateurs plus grands, et peut compliquer les efforts de gestion parce que les relevés peuvent sous-estimer la taille des populations lorsque les poissons se déplacent en dehors des limites des relevés.

Communautés de sébastes et de poissons de fond

Les espèces de sébastes (Species de sébastes[ spp.) sont des poissons à longue durée de vie qui se reproduisent lentement et qui dominent le plateau continental et les habitats de pente de la Californie. Leur recrutement est fortement influencé par les conditions océaniques pendant les stades larvaires et juvéniles. Les conditions de réchauffement du Nino sont associées à un faible recrutement de sébastes, probablement en raison de la réduction du transport des larves vers des habitats de pépinière convenables, de la disponibilité plus faible des proies et des coûts métaboliques plus élevés à des températures élevées.

Les recherches menées par le Centre des sciences halieutiques du Sud-Ouest de la NOAA ont documenté les réponses au recrutement propres à une espèce qui soulignent l'importance de maintenir des approches de gestion écosystémique plutôt que des cadres uniques.

Oiseaux de mer et réussite en matière de reproduction

Les oiseaux de mer sont parmi les indicateurs les plus visibles des impacts de l'ENSO. Les espèces qui se reproduisent le long de la côte californienne, y compris les cormorans de Brandt, les goélands de l'Ouest et les pétrels de cendrage, dépendent de proies abondantes localement pendant la saison de reproduction. Les événements d'El Nino entraînent souvent une diminution de la disponibilité des proies, ce qui entraîne un succès d'envol plus faible, un abandon accru des nids et, dans les cas extrêmes, une échec complète de la reproduction.

Les années La Nina offrent généralement des conditions de recherche plus favorables, avec des densités de proies plus élevées qui favorisent un taux de croissance plus élevé des poussins et un succès plus élevé en envol. Cependant, les avantages ne sont pas universels : certaines espèces d'oiseaux de mer sensibles aux températures de l'eau froide ou qui dépendent de types de proies spécifiques peuvent avoir des effets négatifs même pendant les périodes productives de La Nina.

Mammifères marins : des lions de mer aux baleines bleues

Les petits nés au cours des années El Nino souffrent souvent de baisses de croissance et de mortalité dues à la baisse de leurs proies primaires, le calmar, l'anchois et le sébaste. Les femelles adultes doivent se déplacer plus loin pour trouver de la nourriture, ce qui entraîne des voyages de recherche plus longs et une réduction de la livraison de lait aux petits.

Les baleines à tête blanche, y compris les baleines bleues et à bosse, réagissent également aux changements de la répartition des proies causés par l'ENSO. Les poissons krill et fourragers qui soutiennent ces baleines sont plus concentrés pendant les périodes de La Nina, ce qui rapproche souvent les baleines des côtes et accroît le risque de collisions et d'enchevêtrements par les navires avec des engins de pêche.

Écosystèmes de la forêt de Kelp et des récifs rocheux

Les forêts de Kelp le long de la côte californienne sont parmi les habitats les plus productifs et les plus biodivers du monde, et elles sont très sensibles aux fluctuations de la température de l'océan et de la disponibilité des nutriments. Au cours des événements d'El Nino, les eaux chaudes et pauvres en éléments nutritifs peuvent causer le dépérissement causé par le stress du varech géant ( Macrocystis pyrifera) et du varech (Neocystis luetkeana. La perte du varech réduit la complexité de l'habitat, modifie la pénétration de la lumière et sape toute la communauté de récifs qui dépend de la structure des varech pour l'abri et la nourriture.

L'El Nino 2015–2016, combiné à une vague de chaleur marine extraordinaire, a déclenché une importante dépérissement de la forêt de varech le long de la côte nord de la Californie. Cet événement a été suivi par une explosion de populations d'oursins pourpres, qui ont surgraissé le reste de la varech et empêché la récupération, conduisant à des « stériles d'oursins » répandus qui persistent à ce jour.

Communautés intertidales rocheuses

La zone intertidale rocheuse est un environnement difficile où les organismes vivent déjà aux extrémités de leur tolérance thermique et de dessiccation. El Nino événements imposent un stress supplémentaire par la température de l'air et de l'eau plus chaudes, la disponibilité réduite de nourriture pour les mangeurs de filtres, et l'énergie des vagues accrue des tempêtes d'hiver.

Les conditions de La Nina, bien que généralement plus froides et plus productives, peuvent aussi être difficiles en raison de l'exposition accrue aux vagues et des températures plus froides qui peuvent dépasser les limites de tolérance de certaines espèces. L'interaction entre les phases de l'ENSO et le moment des événements de recrutement (établissement de la ligue) détermine la composition de la communauté dans la zone intertidale.

Interactions entre l'ENSO et le changement climatique à long terme

Les modèles climatiques prévoient que la différence de température entre El Nino et La Nina peut augmenter, ce qui entraîne des fluctuations extrêmes de l'ENSO. Pour les écosystèmes marins de la Californie, cela implique une plus grande variabilité de la force d'élévation, de l'approvisionnement en nutriments et de la composition des espèces. La combinaison du réchauffement séculaire et de la variabilité de l'ENSO crée des conditions qui peuvent repousser les seuils critiques, comme on le voit dans l'effondrement des forêts de varech de 2015-2016.

L'acidification des océans, entraînée par l'augmentation des concentrations atmosphériques de CO2, aggrave encore le stress des organismes marins pendant les deux phases de l'ENSO. Pendant El Nino, l'eau plus profonde et plus acide peut se rapprocher de la surface, exposant les organismes à des conditions corrosives qui nuisent à la formation de coquilles et à la fonction physiologique.

Surveillance et capacité de prévision

Le programme California Cooperative Oceanic Fisheries Investigations (CalCOFI), établi en 1949, fournit l'une des plus longues séries chronologiques continues de données océanographiques et de plancton au monde. Les croisières trimestrielles de CalCOFI le long de la côte californienne, de la salinité, des nutriments, de la chlorophylle et de l'abondance du zooplancton, permettant aux scientifiques de quantifier la réponse de l'écosystème aux événements de l'ENSO et de valider les modèles utilisés pour la gestion des pêches.

La télédétection par satellite complète les observations in situ en fournissant une vue synoptique de la température de la surface de la mer, de la concentration de chlorophylle et de la couleur de l'océan. Les centres nationaux d'information sur l'environnement (NOAA) conservent des archives de données satellitaires utilisées pour détecter l'apparition et l'évolution d'El Nino et de La Nina. Ces flux de données alimentent des modèles prédictifs qui prévoient des conditions ENSO de mois à un an à l'avance, ce qui donne aux gestionnaires des pêches et aux spécialistes de la conservation le temps de se préparer aux impacts attendus.

Incidences sur la gestion et la conservation

Les effets prononcés de l'ENSO sur les écosystèmes marins de la Californie ont des répercussions directes sur la gestion des pêches, la conservation des espèces protégées et l'aménagement de l'espace marin.Le ministère des Pêches et de la Faune de la Californie et le Pacific Fishery Management Council ont intégré des indicateurs environnementaux, y compris les prévisions de l'ENSO, dans les décisions de récolte pour le saumon, la sardine et le poisson de fond.

Certaines zones marines protégées (ZPM) le long de la côte californienne, établies en vertu de la Marine Life Protection Act, sont conçues pour résister à la variabilité environnementale, mais leur efficacité lors d'événements extrêmes de l'ENSO n'est pas entièrement comprise. Certaines ZPM peuvent servir de refuges pendant El Nino en protégeant l'habitat essentiel et en maintenant les populations de source pour la dispersion larvaire.

Les efforts de conservation des espèces menacées, comme la loutre de mer du sud et la tortue luth, doivent également tenir compte des impacts de l'ENSO. Les loutres de mer comptent sur une abondance de proies invertébrés, y compris les oursins, et leur dynamique démographique est influencée par la disponibilité d'habitats forestiers de varech qui sont vulnérables au deuil dirigé par El Nino.

Conclusion

El Nino et La Nina représentent des expériences naturelles qui révèlent le couplage étroit entre l'océanographie physique et la structure de l'écosystème marin le long de la côte californienne. El Nino événements suppriment l'élévation, réduisent l'approvisionnement en nutriments, et créent des conditions chaudes et stratifiées qui favorisent différentes espèces et voies trophiques que les conditions fraîches et productives de La Nina. Les conséquences cascadent du phytoplancton aux prédateurs supérieurs, influençant les rendements de la pêche, le succès de la reproduction des oiseaux de mer et la santé des habitats emblématiques tels que les forêts de varech et les récifs rocheux.

Bien que les cycles ENSO soient naturels, leurs impacts se déroulent dans le contexte plus large du changement climatique, qui amplifie la variabilité et augmente le risque d'effondrement des écosystèmes lors d'événements extrêmes. Un investissement soutenu dans la surveillance, la recherche et la gestion adaptative est essentiel pour préserver l'intégrité écologique et la valeur économique des écosystèmes marins côtiers de Californie dans une ère d'incertitude environnementale croissante.