A vast underwater carpet teeming with life

Text: Sarah Perrin

The deep scattering layer is made up of millions of small fish and zooplankton. It is so dense that it’s sometimes referred to as the ‘false bottom’ of the ocean. This layer exists in all the world’s oceans at a depth of a few hundred meters. Researchers on the ACE expedition are seizing this rare opportunity to study the deep scattering layer in the Southern Ocean.

The deep scattering layer (DSL) is a vast underwater carpet of fluctuating thickness and density made up of millions of small organisms that move as one — rising towards the surface in the evening and returning to the depths during the day. This permanent feature of all the world’s oceans is also referred to as the ‘false bottom’ or ‘phantom bottom’ because sonars sometimes mistake it for the ocean floor.

Comme un tapis vivant caché sous la surface de l’eau

Appelées parfois le «faux-fond» en raison de leur grande densité, les couches de diffusion profondes sont composées de millions de petits poissons et de zooplancton. Elles sont présentes en continu, à quelques centaines de mètres de profondeur et dans tous les océans. L’expédition ACE offre l’occasion à des scientifiques d’étudier celles de l’océan Austral, encore mal documentées.

Elles sont dans tous les océans. Présentes en continu, comme une sorte d’immense tapis caché sous la surface de l’eau, elles sont toutefois plus ou moins denses et épaisses selon les endroits. Composées de millions de petits organismes vivants, elles fonctionnent comme un seul bloc, remontant vers la surface le soir venu et redescendant avec le jour vers les profondeurs. On les nomme les couches de diffusion profondes (CDP). Certains les appellent également le «faux-fond» ou le «fond fantôme», des sonars les ayant parfois confondues avec le sol océanique.

A map of the South Atlantic showing the islands of South Georgia and the South Sandwich Islands. The track of the Treshnikov corresponding to the 260 km echogram section is in red.
An echogram of (a) raw data; and b) processed data, displaying acoustic scattering in the water column (depth in metres on the y axis) during the passage of the Akademik Treshnikov. The seabed is visible in the upper image (a) as a thick dark red line of intense scattering and in (b) as a black line. The Deep Scattering Layer is evident in (b) as the long thin blue and green layer at ~350 m. The scattering intensity is colour coded according to the legend on the right: higher densities of organisms are represented by warmer colours.

On board the Akademik Treshnikov, an international team led by Andrew Brierley from the University of St Andrews in Great Britain has been tracking the DSL since the expedition began. Perched on the top floor of the ship, the team is collecting data on the DSL’s depth, thickness, density, shape, composition and distribution using an echo sounder attached to the bottom of the ship’s hull. The device emits a low frequency wave every eight seconds and records the echo sent back by any objects it encounters. It can detect the ocean floor down to a depth of 8,000 meters and groups of small organisms down to 1,000 meters. The data is sorted and then displayed on a screen, with a red line showing the sea floor and a blue line showing the DSL.

A bord de l’Akademik Treshnikov, une équipe internationale, dirigée par Andrew Brierley, de l’Université St Andrews en Grande-Bretagne, mesure la présence de ces couches tout au long du trajet de l’expédition ACE autour de l’Antarctique. Perchés au dernier étage du bateau, ils collectent des données sur leur profondeur, épaisseur, densité, forme, composition et distribution, que leur fournit un échosondeur placé sous la coque du navire. Toutes les huit secondes, l’appareil envoie une onde en basse fréquence et enregistre son écho lorsqu’elle frappe des objets, qu’il peut ainsi détecter jusqu’à 8’000 mètres sous la surface pour ce qui est du fond marin et jusqu’à mille mètres pour des agrégations de petits organismes. Une fois toutes ces informations triées, les plus pertinentes sont traduites sur l’écran en lignes de différentes couleurs, indiquant, en rouge, le fond marin et, en bleu, les CDP.

In the Southern Ocean, the DSL is made up of two main groups of species: small fish, such as myctophids, and a number of varieties of large zooplankton. This living layer can be up to 100 meters thick and is usually found 450–650 meters below the ocean’s surface during the day. In the evening, it rises to a depth of 350 meters so the organisms can feed on plankton. But there, they in turn fall prey to sea lions, elephant seals, penguins, dolphins and whales.

Dans l’océan Austral, ce «faux-fond» est essentiellement composé de deux groupes d’espèces: des petits poissons, par exemple des myctophides, et des variétés de zooplancton de grande taille. Ces couches peuvent mesurer jusqu’à 100 mètres d’épaisseur et se situent en général entre 450 et 650 mètres de profondeur en journée, migrant le soir jusqu’à 350 mètres en dessous de la surface pour se nourrir de plancton. Là, elles deviennent la proie d’animaux tels qu’otaries, éléphants de mer, manchots, dauphins ou baleines.

In the stomach of krill, phytoplankton/Dans l’estomac du krill, du phytoplancton. ©Sharif Mirshak
Krill, an example of species present in deep scattering layers/Le Krill, un exemple d’espèce présente dans les couches de diffusion profondes. ©Sharif Mirshak
A pearlside, another example of a specie we can find in the DSL./Autre exemple d’espèce que l’on peut trouver dans les CDP. ©Paul Fernandes

“The DSL is an essential food source for these predators, and that’s one of the reasons for our study,” said Paul Fernandes, a researcher from the University of Aberdeen in Great Britain, who is gathering and analyzing data during the expedition. Another, land-based component of the research project consists of clarifying the role and importance of the DSL in the region’s food chain. On the islands of South Georgia, Mawson and Macquarie, researchers have attached transmitters to a hundred sea lions and penguins in order to record when and how often these animals dive to feed on the DSL, how deep they go and how cold it is there.

«Pour ces prédateurs, il s’agit d’une source de nourriture essentielle, et c’est là l’une des raisons de notre étude», explique Paul Fernandes, chercheur à l’Université d’Aberdeen, en Grande-Bretagne, qui recueille et analyse les données à bord de l’expédition. Identifier plus précisément la place et l’importance de ces CDP au sein de la chaîne alimentaire de la région fait l’objet d’un deuxième volet de la recherche, qui se déroule à terre. Sur les îles South Georgia, Mawson et Macquarie, des scientifiques dotent une centaine d’otaries et de manchots d’émetteurs, puis enregistrent à quels moment, fréquence, température et profondeur ces animaux plongent pour se nourrir de ces couches.

Paul Fernandes, researcher from the University of Aberdeen. He gathers and analyzes data during the expedition./Paul Fernandes, chercheur à l’Université d’Aberdeen. Il recueille et analyse les données à bord de l’expédition.

A resource to exploit?

The DSL is of interest for other reasons too. “For one thing, it is a major carbon sink,” said Fernandes. “We hope that the measurements we’re taking will enable us to quantify this effect more accurately.”

And in the not-too-distant future, this layer of small organisms could become an attractive resource for the fishing industry, such as for feeding farm fish, producing vitamin supplements and extracting oil. “The DSL is not yet being exploited, but we have to consider that possibility,” added the researcher. “We need to learn more about the characteristics of these organisms and their roles in environmental mechanics so that we can regulate their consumption in the most sustainable way possible.”

Anticiper l’exploitation

Mais ces groupes denses de petits organismes revêtent encore plusieurs autres intérêts. «Tout d’abord, ils agissent comme un important puits de carbone, précise Paul Fernandes. Les mesures prises dans le cadre de notre étude serviront à quantifier cet aspect avec davantage de précision.»

Enfin, ce «faux-fond» pourrait, dans un proche avenir, également représenter une ressource intéressante pour l’industrie de la pêche, par exemple dans le cadre de nourriture pour les poissons d’élevage, la fabrication de suppléments vitaminés ou l’extraction d’huile. «Pour l’instant, ces couches ne sont pas encore exploitées, mais nous devons anticiper, ajoute le chercheur. C’est pourquoi bien connaître les caractéristiques de ces organismes et leurs rôles dans la mécanique environnementale est essentiel, afin de pouvoir réguler leur consommation de la manière la plus durable possible».

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