En analysant des échantillons de roches inhabituels collectés il y a des années en Antarctique, des scientifiques de l’Université de Californie à Santa Cruz ont découvert un enregistrement remarquable de la façon dont l’inlandsis de l’Antarctique oriental a réagi aux changements climatiques sur une période de 100 000 ans au cours du Pléistocène supérieur.
La calotte glaciaire de l’Antarctique oriental est la plus grande masse de glace du monde. Comprendre sa sensibilité au changement climatique est crucial pour les efforts visant à prévoir l’augmentation du niveau de la mer à mesure que les températures mondiales augmenteront. Des études récentes suggèrent qu’il pourrait être plus vulnérable à la perte de glace qu’on ne le pensait auparavant.
La nouvelle étude, publiée le 15 septembre dans Communication Nature, fournit des preuves de changements à la base de la calotte glaciaire sur une vaste zone en réponse aux changements cycliques du climat au cours du Pléistocène. Les changements se reflètent dans les types de minéraux déposés à la base de la calotte glaciaire.
« L’une des principales conclusions est que la calotte glaciaire réagissait aux changements de température dans l’océan Austral », a déclaré le co-auteur Terrence Blackburn, professeur agrégé de sciences de la Terre et des planètes à l’UC Santa Cruz. « L’eau chaude mange sur les bords de la calotte glaciaire et fait couler la glace plus rapidement, et cette réponse atteint profondément le cœur de la calotte glaciaire. »
Les échantillons de roche analysés dans l’étude consistent en des couches alternées d’opale et de calcite qui se sont formées sous forme de dépôts minéraux à la base de la calotte glaciaire, enregistrant des changements cycliques dans la composition des fluides sous-glaciaires.
« Chaque couche de ces échantillons est la manifestation d’un changement à la base de la calotte glaciaire entraîné par des changements dans le mouvement des courants de glace », a déclaré le premier auteur Gavin Piccione, titulaire d’un doctorat. candidat travaillant avec Blackburn à l’UCSC.
En datant les couches, les chercheurs ont trouvé une corrélation frappante entre les couches de gisements minéraux et l’enregistrement des températures de surface de la mer polaire dérivées des carottes de glace. L’opale s’est déposée pendant les périodes froides, et la calcite pendant les périodes chaudes.
« Ces oscillations climatiques provoquent des changements dans le comportement de la calotte glaciaire, de sorte que la chimie et l’hydrologie sous la glace changent », a déclaré le co-auteur Slawek Tulaczyk, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l’UCSC, qui étudie le comportement des calottes glaciaires et des glaciers. décennies.
Les cycles climatiques qui correspondent aux couches minérales sont des fluctuations relativement faibles qui se produisent tous les quelques milliers d’années au sein des cycles glaciaires-interglaciaires plus prononcés qui se sont produits tous les 100 000 ans environ tout au long du Pléistocène. Les cycles glaciaires-interglaciaires sont principalement entraînés par les changements de l’orbite de la Terre autour du soleil. Les cycles climatiques plus petits à l’échelle millénaire impliquent des oscillations des températures polaires entraînées par l’affaiblissement et le renforcement d’un courant océanique majeur (la circulation méridienne de renversement de l’Atlantique, ou AMOC) qui transporte de grandes quantités de chaleur vers le nord à travers l’océan Atlantique.
Tulaczyk a déclaré que les nouvelles découvertes révèlent la sensibilité de la calotte glaciaire de l’Antarctique aux petites fluctuations climatiques à court terme.
« Aussi importante que soit la calotte glaciaire de l’Antarctique – elle est responsable de près de 17 mètres d’élévation du niveau de la mer depuis le dernier maximum glaciaire – nous en savons vraiment très peu sur la façon dont elle a réagi à la variabilité climatique », a-t-il déclaré. « Nous connaissons assez bien les 20 000 dernières années, mais au-delà de cela, nous avons été presque aveugles. C’est pourquoi ces résultats sont si époustouflants. Les gens se sont cogné la tête contre le mur à ce sujet pendant des décennies. »
Les deux échantillons de roche analysés pour cette étude ont été prélevés dans des moraines glaciaires séparées de plus de 900 kilomètres (560 miles) et ils se sont formés sur différentes périodes couvrant un total de plus de 100 000 ans. En d’autres termes, ils enregistrent des cycles similaires de dépôt minéral sous la glace se produisant sur une vaste zone et sur de longues périodes.
« La chimie des deux échantillons correspondait, même s’ils venaient de si loin l’un de l’autre, ce qui nous a donné l’assurance qu’un processus systématique à grande échelle était en cours », a déclaré Piccione.
Le mécanisme derrière la formation des couches d’opale et de calcite est un peu compliqué et nécessite une compréhension non seulement de la chimie minérale, mais aussi de l’hydrologie inhabituelle sous la calotte glaciaire de l’Antarctique. La chaleur de l’intérieur de la Terre (« chauffage géothermique ») provoque la fonte à la base de la calotte glaciaire, qui est isolée des températures polaires glaciales par l’épaisseur de la glace. Là où la glace s’amincit vers les marges de la calotte glaciaire, l’eau de fonte sous-glaciaire commence à recongeler, concentrant les minéraux dissous et finissant par former des saumures hypersalines.
Les dépôts minéraux se forment au fur et à mesure que l’eau se concentre par regel, et la première chose à précipiter est la calcite, la forme la plus courante de carbonate de calcium. L’opale (silice amorphe) finira par précipiter à partir de saumures plus anciennes et sursaturées qui ne contiennent plus de carbone.
« L’Antarctique a ces saumures intéressantes sans carbone, car tout a précipité plus tôt, donc lorsque ces saumures sont isolées d’autres sources d’eau, elles forment de l’opale », a expliqué Piccione.
Pour obtenir une couche de calcite au-dessus de l’opale, il faut un afflux d’eau de fonte glaciaire contenant du carbone, qui se produit pendant les intervalles chauds des cycles climatiques, lorsque l’AMOC ralentit. Cela entraîne un réchauffement dans l’hémisphère sud et met de l’eau chaude en contact avec les plates-formes de glace flottantes sur les bords de la calotte glaciaire. Au fur et à mesure que l’eau chaude ronge le bas des plates-formes de glace, la «ligne d’ancrage» où la glace entre en contact avec la terre commence à reculer et la glace s’écoule plus rapidement de l’intérieur vers les bords.
Tulaczyk a expliqué que le mouvement de la glace sur le substrat rocheux génère de la chaleur, augmentant la quantité d’eau de fonte à la base de la calotte glaciaire. « Si vous imaginez une carte de l’endroit où il y a de l’eau de fonte sous la calotte glaciaire, cette zone se dilate pendant les périodes chaudes et se contracte pendant les périodes froides, comme un battement de coeur », a-t-il déclaré.
Les « cycles de gel-flux » qui en résultent à la base de la glace expliquent les couches alternées d’opale et de calcite dans les roches.
Les résultats indiquent que les températures de l’eau dans l’océan Austral sont le principal mécanisme à l’origine de la réponse de l’inlandsis antarctique aux changements du climat mondial. Les températures en Antarctique sont si froides que quelques degrés de réchauffement ne provoqueront pas la fonte de la surface de la glace, mais les scientifiques savent que la calotte glaciaire a fondu dans le passé et que certaines parties de celle-ci se sont effondrées, a déclaré Blackburn. « Cela a été difficile à comprendre, mais cela montre clairement que le réchauffement des océans est le mécanisme moteur », a-t-il déclaré.
« Si vous regardez les endroits qui perdent de la glace aujourd’hui, ils sont concentrés le long des bords de la calotte glaciaire où elle est en contact avec l’océan qui se réchauffe », a ajouté Tulaczyk. « Le principal moteur du réchauffement des océans est maintenant le dioxyde de carbone atmosphérique, pas l’AMOC, mais je ne pense pas que la calotte glaciaire se soucie des causes du réchauffement. »
Tulaczyk a déclaré que les résultats montrent que la calotte glaciaire peut se retirer pendant les périodes chaudes, puis se rétablir lors du refroidissement ultérieur. « Dans le contexte de la question du seuil – la calotte glaciaire est-elle assise sur un seuil au-delà duquel il y aurait une fonte galopante et tout ira – ce n’est pas ce que je vois ici », a-t-il déclaré. « La glace est sensible à ces fluctuations à court terme, mais l’ampleur de la perte de glace est suffisamment faible pour qu’elle puisse se rétablir avec le refroidissement. »
Gavin Piccione et al, Les précipités sous-glaciaires enregistrent la réponse de la calotte glaciaire antarctique aux cycles climatiques millénaires du Pléistocène tardif, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-33009-1