De nouvelles recherches sur le courant circumpolaire antarctique (ACC) montrent son impact significatif sur le climat mondial au cours des 5,3 derniers millions d'années, révélant que les fluctuations de son débit correspondent aux changements des conditions climatiques de la Terre et à la stabilité de la calotte glaciaire de l'Antarctique. Le navire de forage américain JOIDES Resolution effectue des expéditions dans le cadre du programme international Ocean Discovery. Crédit : Programme international de découverte des océans / Bill Crawford
Les carottes de sédiments océaniques révèlent des fluctuations liées au climat du courant circumpolaire antarctique au cours des époques passées.
Le courant circumpolaire antarctique influence de manière significative la circulation de retournement globale, les échanges de chaleur et de CO2 entre l'océan et l'atmosphère, ainsi que la stabilité des calottes glaciaires de l'Antarctique. Une collaboration de recherche mondiale, dirigée par l'Institut Alfred Wegener et le Lamont-Doherty Earth Observatory, a analysé les sédiments du Pacifique Sud pour reconstruire la vitesse d'écoulement du courant au cours des 5,3 millions d'années.
Leurs données montrent que pendant les périodes glaciaires, le courant ralentissait ; pendant les interglaciaires, elle s'est accélérée. Par conséquent, si le réchauffement climatique actuel s’intensifie à l’avenir, cela pourrait signifier que l’océan Austral stocke moins de CO2 et que davantage de chaleur atteint l’Antarctique. L'étude vient d'être publiée dans la revue Nature.
Qu'est-ce qui transporte 100 fois plus d'eau que tous les fleuves de la Terre réunis, mesure 2 000 kilomètres de diamètre à son point le plus large et s'étend jusqu'aux profondeurs marines ? Le courant circumpolaire antarctique (ACC). Dans le passé, ce système de courants océaniques, le plus puissant sur Terre, était soumis à d'importantes fluctuations naturelles, comme l'ont révélé de récentes analyses de carottes de sédiments. Les phases plus froides du Pliocène et du Pléistocène ultérieur, au cours desquelles l'ACC a ralenti, sont en corrélation avec l'avancée de la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental. Dans les phases plus chaudes, l'ACC s'est accéléré, accompagné du retrait de la calotte glaciaire.
« Cette perte de glace peut être attribuée à l'augmentation du transport de chaleur vers le sud », explique le Dr Frank Lamy, chercheur à la Division de géologie marine de l'Institut Alfred Wegener, Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine (AWI) et premier auteur de l'étude. Nature étude. « Un ACC plus fort signifie que des eaux plus profondes et plus chaudes atteignent le bord de la banquise de l'Antarctique. »
Réponse climatique et collecte de données
« L’ACC a une influence majeure sur la distribution de chaleur et le stockage du CO2 dans l’océan. Jusqu’à récemment, on ne savait pas exactement comment l’ACC réagissait aux fluctuations climatiques et si les changements dans l’ACC compensaient ou amplifiaient les effets du réchauffement », explique Lamy. « Par conséquent, pour améliorer les prévisions de notre climat futur et la stabilité de la calotte glaciaire de l'Antarctique à l'aide de simulations informatiques, nous avons besoin de paléodonnées qui puissent nous renseigner sur l'intensité de l'ACC au cours des phases chaudes passées de l'histoire de la Terre. »
Pour recueillir ces données, en 2019, une expédition internationale dirigée par Lamy et la géochimiste Prof Gisela Winckler de l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty, Université de Colombie (États-Unis) s'aventurent dans le centre du Pacifique Sud à bord du navire de forage Résolution JOIDES. Là, dans la zone subantarctique, l'équipe de recherche a extrait deux vastes carottes de forage, recueillies à une profondeur de 3 600 mètres. « Les sites de forage se trouvent à proximité du Point Nemo, le point de la Terre le plus éloigné de toute masse continentale ou île, où l'ACC s'écoule sans aucune influence des masses continentales », explique le professeur Helge Arz, géologue marin à l'Institut Leibniz. pour la recherche sur la mer Baltique à Warnemünde et l'un des principaux auteurs de l'étude. « En utilisant les dépôts de sédiments de cette région, nous pouvons reconstituer sa vitesse d'écoulement moyenne dans le passé. »
Les carottes de forage de 145 et 213 mètres de profondeur dans le Pacifique Sud faisaient partie du Programme international de découverte des océans (IODP), dont l'objectif est de découvrir l'histoire de la Terre sur la base de traces géochimiques laissées dans les sédiments marins et les formations rocheuses. sous le fond marin. Ils ont été précédés par d'importants travaux de reconnaissance effectués lors de diverses expéditions avec le navire de recherche Polarstern. Les carottes de sédiments remontent à 5,3 millions d'années et couvrent trois époques entières :
- le Pliocène, durant lequel il faisait jusqu'à trois degrés de plus qu'aujourd'hui et la concentration atmosphérique de CO2, à plus de 400 ppm, était similaire à celle d'aujourd'hui ;
- le Pléistocène, qui a commencé il y a 2,6 millions d'années et s'est caractérisé par une alternance de périodes glaciaires (glaciaires) et de périodes chaudes (interglaciaires) ;
- et l'Holocène, une période chaude qui a commencé il y a environ 12 000 ans, après la dernière période glaciaire, et qui se poursuit jusqu'à nos jours.
En s'appuyant sur les couches des carottes, qui correspondent à différentes époques, les experts ont analysé la répartition granulométrique des particules de sédiments, qui se déposent différemment sur le fond marin, en fonction de la vitesse d'écoulement de l'eau. Cela leur a permis de retracer l'évolution de l'ACC depuis le début du Pliocène, lorsqu'un refroidissement prolongé du climat a commencé. Les carottes de sédiments des précédentes croisières Polarstern dans le Pacifique Sud ont fourni des indices supplémentaires sur la dynamique de l'ACC.
Aperçus historiques des carottes de sédiments
Leurs découvertes montrent que, il y a trois millions d’années au Pliocène, l’ACC s’est d’abord accéléré à mesure que la Terre se refroidissait progressivement. Cela était dû à un gradient de température croissant entre l’équateur et l’Antarctique, qui produisait de puissants vents d’ouest – le principal moteur de l’ACC. Malgré le refroidissement prolongé, il a alors commencé à ralentir. «Le changement s'est produit à un moment où le climat et la circulation dans l'atmosphère et l'océan connaissaient des changements majeurs», explique Frank Lamy. « Il y a 2,7 millions d’années, à la fin du Pliocène, de vastes étendues de l’hémisphère nord étaient recouvertes de glace et les calottes glaciaires de l’Antarctique se sont étendues. Cela était dû aux changements dans les courants océaniques, déclenchés par des processus tectoniques, ainsi qu’à un refroidissement à long terme de l’océan et à une diminution des niveaux de CO2 atmosphérique.
En ce qui concerne les 800 000 dernières années, au cours desquelles les niveaux de CO2 atmosphérique variaient de 170 à 300 ppm, les chercheurs ont pu identifier un lien étroit entre la force de l'ACC et les cycles glaciaires : pendant les périodes chaudes, au cours desquelles les niveaux de CO2 atmosphérique augmentaient, le la vitesse d'écoulement a augmenté jusqu'à 80 pour cent par rapport à l'actuel ; pendant les périodes glaciaires, elle a diminué jusqu'à 50 pour cent. Dans le même temps, lors des transitions entre interglaciaires et glaciaires, il y a eu un changement de position de l'ACC et donc une remontée d'eaux profondes riches en nutriments dans l'océan Austral, comme l'ont révélé les analyses géochimiques des sédiments. Ils montrent que les coquilles silicatées des diatomées – le phytoplancton le plus important de l’océan Austral – se sont déposées sur le fond marin plus au nord pendant les périodes glaciaires que pendant les périodes chaudes.
« Un ACC plus faible et des niveaux de CO2 atmosphériques plus faibles pendant les périodes glaciaires du Pléistocène indiquent une remontée d'eau moins prononcée et une plus grande stratification dans l'océan Austral, c'est-à-dire un stockage plus important de CO2 », explique Gisela Winckler. En raison du changement climatique anthropique, conclut l’étude, l’ACC pourrait se renforcer à l’avenir. Cela pourrait avoir un impact sur le bilan CO2 de l’océan Austral et conduire à une fonte accélérée des glaces de l’Antarctique.
Contexte : le courant circumpolaire antarctique
En tant que courant circulaire circulant dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'Antarctique, le courant circumpolaire antarctique (ACC) relie les océans Atlantique, Pacifique et Indien. En tant que tel, il joue un rôle central dans la circulation océanique mondiale et, à travers le tapis roulant atlantique, influence en fin de compte le climat en Europe. Poussé par les puissants vents d’ouest de la zone subantarctique et par les différences de température et de salinité entre les régions subtropicales et l’océan Austral, l’ACC forme une barrière pour les eaux chaudes de surface des régions subtropicales en route vers l’Antarctique. Dans le même temps, des eaux profondes relativement chaudes provenant de l’Atlantique et du Pacifique s’y jettent.
Les grands gyres océaniques qui se forment dans l'ACC et s'étendent vers le sud, ainsi que les remontées d'eau profondes, transportent la chaleur vers les plates-formes de glace de la marge continentale, en particulier dans le secteur Pacifique de l'Antarctique. De plus, les remontées d’eau produites par l’ACC amènent des nutriments à la surface, ce qui favorise la croissance des algues tout en amplifiant l’exportation de carbone biologique vers les profondeurs marines – mais également le transport du CO2, qui est rejeté dans l’atmosphère.
