La chimie de l'eau de mer est déjà en train de changer étant donné que les océans absorbent environ un quart du dioxyde de carbone d'origine anthropique émis chaque année dans l'atmosphère. Les techniques nucléaires et isotopiques sont très utiles à l'étude du cycle du carbone et de l'acidification des océans. Elles ont beaucoup contribué à la compréhension de l'état passé et actuel des océans et à la prévision des effets du changement climatique.

Les océans absorbent le dioxyde de carbone (CO₂) résultant des activités anthropiques et rejeté dans l’atmosphère, ce qui modifie la chimie des carbonates et l’acidité de l’eau de mer, selon un processus appelé ? acidification des océans ?. Ce processus, parfois appelé ? l’autre problème posé par le CO₂ ?, qui réduit la quantité de dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère et limite fortement le changement climatique, est devenu un problème mondial important ces dix dernières années en raison des effets qu’il pourrait avoir sur les organismes marins et les cycles biogéochimiques.

Les techniques nucléaires et isotopiques sont utilisées pour étudier l’acidification des océans et ont beaucoup contribué à la compréhension de ce phénomène, s’agissant à la fois de l’analyse des changements déjà survenus dans l’acidité des océans et de celle de ses effets sur les organismes marins, par exemple par l’étude de processus biologiques tels que la calcification.

Bien qu’une baisse du pH (potentiel hydrogène, une mesure de l’acidité ou de l’alcalinité) des eaux océaniques de surface soit déjà détectable, il est difficile d’estimer l’ensemble des effets de l’acidification des océans sur le biote marin. Des études montrent que les incidences, tant bénéfiques que néfastes, peuvent être très diverses, étant donné que les niveaux de résilience et d’adaptabilité varient suivant les espèces.

En dessous d’un certain pH et de la concentration de carbonates correspondante, l’eau devient corrosive pour le carbonate de calcium, que de nombreux organismes utilisent pour constituer leur coquille et leur squelette. Certains coraux, ptéropodes et mollusques bivalves et le phytoplancton calcifiant pourraient être particulièrement sensibles aux modifications chimiques de l’eau de mer. La dépense d’énergie requise pour s’adapter à un environnement plus acide peut réduire la quantité d’énergie disponible pour les processus physiologiques, comme la reproduction et la croissance. Les scientifiques des Laboratoires de l’environnement de l’AIEA utilisent des techniques isotopiques pour étudier les incidences de l’acidification des océans et son interaction avec les autres facteurs de perturbation de l’environnement.

Les récifs coralliens abritent certains des écosystèmes les plus riches en diversité de la planète, mais des études ont montré que certains coraux étaient sensibles aux variations qui s’opéraient dans leur environnement. Au cours de l’histoire géologique, les épisodes d’acidification des océans ont engendré des modifications importantes des écosystèmes, y compris, dans les cas extrêmes, des extinctions en masse de foraminifères (un type d’organisme marin) benthiques d’eau profonde et l’effondrement d’algues calcaires et de coraux hermatypiques.

Conscients des incidences que peut avoir l’acidification des océans sur les environnements et les écosystèmes marins, les Laboratoires de l’environnement de l’AIEA mènent des recherches sur des sujets tels que les conséquences économiques de l’acidification des océans sur le secteur de la pêche. L’AIEA gère aussi le Centre international de coordination sur l’acidification des océans, qui aide à faire progresser les connaissances scientifiques, à renforcer les capacités et à améliorer la communication à l’échelle mondiale concernant l’acidification des océans.

L’Agence utilise des techniques nucléaires et isotopiques pour étudier le rythme des processus biologiques qui s’opèrent dans des organismes marins tels que les moules, les hu?tres et les coraux. On peut utiliser les isotopes naturels du bore pour étudier les changements survenus par le passé dans le pH de l’eau de mer ; les scientifiques mesurent leurs quantités relatives présentes dans les squelettes de coraux formés il y a des milliers d’années afin d’évaluer l’acidité de l’eau de mer à cette époque. On utilise aussi les isotopes du calcium pour étudier les taux de calcification (pour la production des coquilles et des squelettes) et d’autres processus.

Les océans constituent un puits important pour le dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère et jouent un r?le clé dans la régulation du climat. Absorbé par les océans, le dioxyde de carbone peut être attiré et transporté par les masses d’eau ou assimilé pendant la photosynthèse et converti en matière organique. Une grande partie de cette matière organique est recyclée dans les eaux océaniques de surface lorsqu’elle est ingérée et décomposée par le zooplancton et les microbes. Toutefois, une fraction, petite mais importante, de cette matière coule vers les eaux océaniques profondes, où elle est isolée de l’atmosphère pendant des siècles.

Cette ? pluie ? de matière organique est une source d’énergie non négligeable pour les organismes marins se trouvant plus haut dans la cha?ne alimentaire. L’équilibre entre le carbone présent dans l’atmosphère et celui présent dans les océans est fonction des rythmes de ces processus physiques et biologiques. Les changements qui surviennent dans la température ou la chimie des océans peuvent modifier ces rythmes, ce qui peut faire basculer l’équilibre du carbone à l’échelle mondiale.

L’AIEA utilise des radio-isotopes stables et présents dans la nature pour étudier d’où vient la matière organique et ce qu’il advient d’elle et pour comprendre le r?le que jouent les océans dans le cycle du carbone à l’échelle mondiale. Son laboratoire de radioécologie mesure les flux de carbone qui se dirigent vers les eaux océaniques profondes, directement en capturant la matière au moyen de pièges à sédiments semblables à des pluviomètres, et indirectement au moyen de radionucléides naturels (thorium 234, uranium 238, polonium 210 et plomb 210) qui s’adsorbent (se fixent) sur la matière qui coule vers le plancher océanique. L’utilisation de ces outils dans différentes situations, par exemple dans les zones de remontée d’eaux profondes, froides et riches en nutriments, et dans les océans polaires, aide à déterminer l’ampleur de ce flux de matière descendante et à évaluer sa sensibilité au changement climatique.