Paul Wilcox, géologue à l'Université d'Innsbruck, a découvert les premières preuves terrestres de lésions de la masse de fonte de la calotte glaciaire de Cordilleran pendant la dernière période glaciaire, il y a environ 20 000 ans. L'âge des sédiments des grottes a été limité via des techniques de datation optique, qui est cruciale pour aider à reconstituer la séquence des événements climatiques menant à une planète réchauffante.
Les résultats sont publiés dans la revue Géoscience de la nature.
Il y a environ 20 000 ans, la calotte glaciaire de Cordilleran dans l'ouest de l'Amérique du Nord a atteint son étendue maximale. Cela a été suivi par le réchauffement des conditions climatiques, provoquant la fonte de la tâche de glace.
Bien qu'il soit généralement admis que l'augmentation de l'énergie à partir d'un changement de position de la Terre par rapport au soleil a joué un rôle important dans la façonnage du climat à ce moment, l'énergie de ce changement n'était tout simplement pas assez forte pour être singulièrement responsable de la tâche de glace pour fondre et reculer en arrière. Des forces climatiques supplémentaires étaient nécessaires pour lancer la retraite de lames de glace. Cependant, ces forces climatiques restent énigmatiques.
Une équipe dirigée par Paul Wilcox du groupe de recherche Quaternaire à l'Institut de géologie s'est récemment rapprochée de la résolution du mystère avec la découverte de sédiments de grottes vieux de 20 000 ans sur l'île du Prince de Galles en Alaska.
Michael Meyer, responsable du laboratoire pour les datations de luminescence stimulées optiquement et également membre du groupe de recherche quaternaire, et Daniela Festi, chercheuse à pollen de Geosphère Autriche, ont été étroitement impliquées dans l'analyse des échantillons de sédiments de la grotte.
Examiner le changement climatique passé est l'un des moyens les plus efficaces de comprendre les mécanismes et les impacts du changement climatique actuel induit par l'homme. Les informations des enregistrements climatiques géologiques et historiques aident à affiner les projections des scénarios climatiques futurs – critiques pour éclairer des stratégies efficaces pour l'atténuation et l'adaptation.
Découverte surprenante
Wilcox a trouvé les preuves des sédiments décrites dans l'étude lors de la recherche sur le terrain dans des grottes éloignées sur l'île du Prince de Galles. « Les sédiments des grottes m'ont semblé étranges, car ils ne contenaient aucun débris organique – ce qui est très inhabituel dans un cadre de forêt tropicale tempérée », explique Wilcox.
De plus, les dépôts ont montré des anomalies dans l'altération: bien que les sédiments des grottes soient généralement altérés chimiquement, les roches découvertes par Wilcox semblaient être exposées à des processus d'altération mécanique.
« J'ai systématiquement prélevé certains échantillons pour savoir quel âge ont ces sédiments », explique Wilcox, décrivant le processus de recherche. Datation des sédiments de grottes est une tâche difficile, surtout lorsqu'il n'y a pas de matière organique disponible pour la datation au radiocarbone plus couramment utilisée (14Code de datation C).
Cave comme capsules temporelles
Une autre méthode de sédiments de datation numérique est d'analyser directement leurs signaux de lumière intrinsèque qui s'accumulent au fil du temps, en utilisant la datation de la luminescence (OSL) stimulée optiquement. Une telle approche de datation OSL repose sur la présence de grains de quartz de la taille d'un sable dans les sédiments et détermine le temps de la dernière exposition des sédiments à la lumière.
« Un facteur limitant dans l'analyse OSL est la disponibilité du quartz. Bien que le site soit situé dans une région calcaire, nous avons trouvé juste assez de résidus de quartz pour rendre cette approche de rencontres viable », explique Michael Meyer, qui travaille intensivement sur cette méthode de datation dans divers contextes géologiques depuis plus de dix ans.
« La datation OSL est une technique puissante pour contraindre le passé géologique récent, mais a rarement été appliqué aux sédiments de la grotte pour diverses raisons méthodologiques. Dans le cadre de ces travaux de recherche, nous avons réussi pour la première fois à sortir avec des échantillons de sédiments d'une grotte utilisant OSL », explique Meyer.
Les sédiments analysés ont entre 20 000 et 17 000 ans et ont été déposés dans la grotte vers la fin de la dernière période glaciaire. Ils sont restés là-bas intacts à ce jour. « D'une certaine manière, la grotte a agi comme une sorte de capsule temporelle qui a conservé les sédiments pendant des milliers d'années », explique Wilcox.
Un pollen préservé a également été trouvé dans les sédiments. « Cela prouve indirectement qu'il peut y avoir eu des refuges biologiques sans glace au cours de l'étendue maximale de la calotte glaciaire dans laquelle les plantes pourraient survivre même dans des conditions climatiques extrêmes », explique Daniela Festi, qui a analysé les données du pollen.
Masses de glace à fondre
Le gisement de quartz au milieu d'une région calcaire prouve que les sédiments doivent avoir été transportés sur de longues distances pour atteindre la grotte. C'est là qu'il est lié au changement climatique pendant la dernière période glaciaire: les sédiments de la grotte sont des preuves d'événements d'eau de fonte de la calotte glaciaire de Cordilleran.
Ceci est extraordinairement rare, car la grande majorité des sédiments transportés par des eaux de fonte de la calche de glace se retrouvent dans l'océan. « Il s'agit de la première preuve d'événements fonciers terrestres de cette mousse de glace », explique Wilcox.
Effet en cascade dans le changement climatique
Les recherches actuelles sur les mécanismes et les moteurs du changement climatique anthropique ont identifié la circulation de renversement de l'Atlantique Nord (AMOC) comme un point de basculement potentiel pour le système climatique mondial.
Les données paléoclimatiques montrent que de fortes impulsions d'eau de fonte dans l'Atlantique Nord – connues sous le nom d'événements Heinrich – se sont produit à plusieurs reprises au cours du dernier cycle glaciaire, perturbant considérablement le budget de la chaleur de la région et déclenchant des conséquences sur le climat mondial.
Des preuves récentes des sédiments des grottes en Alaska révèlent que les événements de la fonte dans le Pacifique Nord-Est – ont été référés à des événements siku – ont prédéfini ceux de l'Atlantique Nord.
« Cela soutient l'hypothèse selon laquelle les changements climatiques dans le Pacifique Nord-Est étaient une condition préalable aux changements observés dans l'Atlantique Nord », explique Wilcox.
Il est essentiel de comprendre la dynamique spatiale et temporelle de ces événements d'eau de fusion et leur impact sur les océans de l'Atlantique et du Pacifique. Le réchauffement du climat futur peut entraîner une augmentation des apports d'eau douce dans ces bassins – en particulier l'Atlantique Nord – qui pourrait pousser les systèmes de circulation océanique au-delà des seuils critiques.
L'étape suivante consiste à étudier des grottes supplémentaires dans la région avec des archives de sédiments comparables, afin de reconstruire la dynamique des calculs de glace au cours de la dernière période glaciaire.
De telles recherches amélioreront notre compréhension des processus d'entrée d'eau douce dans le passé et aideront à anticiper leur rôle dans la mise en œuvre des systèmes océaniques et climatiques dans les futurs scénarios de réchauffement.
