Les lacs sous-glaciaires qui ne voient jamais la lumière du jour sont parmi les frontières les moins accessibles de la science, débordant de plus d’histoires encore inconnues que même les planètes de notre système solaire. Une chose semble certaine : là où il y a de l’eau, il y a de la vie, même si cette eau se trouve au fond d’un lac glacial, dans l’obscurité totale, sous plus d’un demi-mille de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental.
Comme rapporté dans Avances AGU, les scientifiques ont analysé l’empreinte chimique de l’océan et des microbes récupérés dans les sédiments et l’eau au fond d’un lac sous-glaciaire appelé Mercer Lake pour décrire, pour la première fois, où les microbes fougueux obtiennent le carbone, la source d’énergie du jour, et le déplacent à travers ce système farouchement désolé. Ils ont utilisé les données des sédiments, des microbes et du cycle du carbone pour déduire l’histoire géologique de cette région, et les résultats les ont surpris.
Alors qu’ils pensaient auparavant que la glace sur le lac Mercer était stable depuis des centaines de millénaires, ce nouveau travail confirme que le lac était relié à l’océan il y a environ 6 000 ans et que la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental était plus petite qu’elle ne l’est aujourd’hui. C’était une période où le climat était stable par rapport à la fin de la dernière période glaciaire et même au changement climatique anthropique d’aujourd’hui.
« C’est la première fois que nous avons une preuve géologique sans équivoque que la ligne d’ancrage de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental, qui ressemble à son littoral où la glace rencontre l’océan, se trouvait à au moins 250 kilomètres plus à l’intérieur des terres qu’elle ne l’est aujourd’hui, peut-être plus », a déclaré Ryan Venturelli, auteur principal de l’étude et professeur adjoint à la Colorado School of Mines. Venturelli a exécuté le travail avec son ancien doctorat. conseiller, géologue marin Brad Rosenheim au Collège des sciences marines de l’Université de Floride du Sud.
En d’autres termes, il y a quelques milliers d’années à peine, la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental s’est retirée d’environ 155 milles – à quelques dizaines de milles de la distance entre New York et Boston – avant de retrouver sa configuration moderne.
« Ce sont des chiffres réels provenant d’échantillons d’eau et de sédiments qui peuvent maintenant être utilisés pour valider les modèles de calotte glaciaire », a déclaré Venturelli.
Venturelli et Rosenheim ont récupéré les échantillons du lac Mercer, à quelques centaines de kilomètres du pôle Sud, dans le cadre d’une équipe de 25 membres de l’expédition historique appelée Subglacial Antarctic Lake Scientific Access, ou SALSA. Ils étaient sur place de décembre 2018 à janvier 2019. L’équipe a utilisé une foreuse à eau chaude personnalisée à accès propre pour récupérer la plus longue carotte à ce jour d’un lac sous-glaciaire, d’environ sept pieds de long. Ils ont foré à travers plus d’un demi-mille de glace pour l’obtenir, travaillant contre la montre pendant que le trou rempli d’eau se regelait.
Ce n’était que la deuxième fois dans l’histoire que des scientifiques récupéraient une carotte de sédiments d’un lac sous-glaciaire. (Le premier a été récupéré du lac Whillans en 2013.)
« Ce travail est un grand pas en avant pour nous », a déclaré Rosenheim. « Nous pensions que le glacier s’était retiré là où il se trouve actuellement, mais il est revenu bien au-delà, ce qui indique que la glace est beaucoup plus dynamique que nous ne le pensions. Nous devons maintenant intégrer cette nouvelle compréhension dans les modèles afin de mieux prédire ce qui peut arriver dans le futur à mesure que la planète se réchauffe. »
L’équipe a utilisé des outils de géochimie, y compris des analyses d’isotopes et de datation au radiocarbone pour comprendre comment le carbone circule dans le système. Ils ont combiné cela avec des estimations connues du métabolisme microbien pour confirmer mathématiquement le moment où la ligne d’échouement de l’inlandsis de l’Antarctique occidental s’est retirée.
« Avant cette étude, nous n’avions pas encore confirmé l’étendue maximale de la dernière déglaciation », a déclaré Venturelli.
Le carbone vieux de 6 000 ans a bon goût
« Il s’avère que les bactéries vivant dans cet environnement sont de petits gars robustes qui se débrouillent avec ce qu’ils ont là-bas », a déclaré Venturelli. « Ce projet confirme vraiment que là où il y a de l’eau, la vie peut persister. »
Les microbes du lac se nourrissent de carbone vieux de 6 000 ans introduit lorsque cette région était encore reliée à l’océan.
Pour rappel, il n’y a pas de soleil alimentant la vie là-bas via la photosynthèse, comme c’est le cas dans la plupart des lacs de la Terre. « Ce n’est pas un lac tel que nous le connaissons », a déclaré le co-auteur de l’étude et expert en microbes Brent Christner de l’Université de Floride. « A Mercer Lake, en plus de ce carbone hérité d’il y a 6 000 ans, les microbes peuvent utiliser l’énergie chimique des processus physiques associés à la calotte glaciaire elle-même », a déclaré Christner.
Au fur et à mesure que la glace se déplace, la roche en dessous est pulvérisée en petites particules qui sont mobilisées dans l’eau et les microbes – principalement des bactéries et des archées – accèdent à ces minéraux pour obtenir de l’énergie au cours d’un processus appelé chimiosynthèse. Les archées sont des micro-organismes distincts des bactéries qui ont été trouvées dans d’autres environnements extrêmes, tels que les sources chaudes terrestres et les évents hydrothermaux en haute mer.
Le bassin de carbone dans les sédiments au fond du lac Mercer est au moins 100 fois plus grand que tout autre bassin de carbone dans le cycle – et les microbes l’utilisent efficacement, a déclaré Venturelli. Ils utilisent également du carbone qui est introduit dans le système à partir des masses d’eau en amont. Les lacs sous-glaciaires peuvent être éphémères et ressemblent davantage à un système fluvial sous-glaciaire tressé qu’à un système de lacs scellés.
« Pensez à ces lacs non pas comme des écosystèmes séparés mais comme un réseau de communautés qui sont reliées par le transport de l’eau et des sédiments », a déclaré Christner.
Peindre le tableau d’ensemble
Le sort de la calotte glaciaire de l’Antarctique a des implications extraordinaires pour l’élévation du niveau de la mer dans le monde entier. Si toute la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental devait fondre, certaines estimations suggèrent que cela ajouterait plus de neuf pieds aux côtes du monde entier.
« Il y a beaucoup de malheur et de tristesse sans espoir dans la science du climat », a déclaré Venturelli. « Je trouve de l’espoir dans le fait que ce travail met en évidence que les calottes glaciaires sont beaucoup plus dynamiques que nous ne l’apprécions auparavant, et nous devons sonder cette idée de réversibilité – quels étaient les mécanismes de forçage qui ont fait avancer la calotte glaciaire vers où c’est aujourd’hui ? – afin que nous puissions mieux prédire les scénarios futurs. »
Les scientifiques estiment qu’il pourrait y avoir plus de 650 lacs sous-glaciaires en Antarctique. Ainsi, entre cette étude fondamentale et la première en 2013, ils ont littéralement commencé à gratter la surface de leurs mystères avec deux points de données principaux. Mais une chose est sûre, dit Venturelli : regarder la base du glacier, en particulier l’eau et les sédiments dans ces systèmes lacustres sous-glaciaires, vaut l’effort supplémentaire.
« Nous n’aurions pas pu apprendre ces choses en fouillant les sédiments marins de l’extérieur depuis un navire », a-t-elle déclaré. « Parfois, il faut examiner un vieux problème d’une manière nouvelle pour vraiment découvrir des découvertes passionnantes. »
Plus d’information:
Ryan A. Venturelli et al, Constraints on the Timing and Extent of Deglacial Grounding Line Retreat in West Antarctica, Avances AGU (2023). DOI : 10.1029/2022AV000846