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Est contre Ouest : la glace de l'Antarctique raconte deux histoires très différentes

SciTechDaily

Représentation graphique de l'atterrissage du MARUM-MeBo70 sur le fond marin de la mer d'Amundsen. Crédit : MARUM – Centre des sciences de l'environnement marin, Université de Brême / Martin Künsting

De nouvelles découvertes indiquent que l'Antarctique de l'Est a commencé à connaître des glaciations il y a 34 millions d'années, contrairement à l'Antarctique de l'Ouest, qui est restée libre de glace plus longtemps. L'étude met en évidence les différences régionales dans la réponse de la glace de l'Antarctique aux changements climatiques.

Le réchauffement climatique a laissé des traces sur les calottes glaciaires de l’Antarctique ces dernières années. La glace « éternelle » de l’Antarctique fond plus vite qu’on ne le pensait, notamment dans l’Antarctique occidental. La cause de ce phénomène pourrait être liée à sa formation, comme l’a récemment découvert une équipe de recherche internationale dirigée par l’Institut Alfred Wegener : des échantillons de sédiments prélevés dans des carottes de forage, combinés à une modélisation complexe du climat et de la calotte glaciaire, montrent que la glaciation permanente de l’Antarctique a commencé il y a environ 34 millions d’années. Cependant, elle n’a pas englobé l’ensemble du continent comme on le pensait auparavant, mais s’est limitée à la région orientale du continent (Antarctique oriental). Ce n’est qu’au moins 7 millions d’années plus tard que la glace a pu progresser vers les côtes de l’Antarctique occidental.

Les résultats de la nouvelle étude montrent à quel point l'Antarctique de l'Est et de l'Ouest réagissent différemment aux forces externes, comme le décrivent les chercheurs dans la prestigieuse revue Science.

RV Polarstern Baie intérieure de Pine Island

Le RV Polarstern dans la baie intérieure de Pine Island. Crédit : British Antarctic Survey / R. La

Le début de la glaciation en Antarctique

Il y a environ 34 millions d’années, la planète Terre a connu l’un des changements climatiques les plus fondamentaux qui influencent encore aujourd’hui les conditions climatiques mondiales : le passage d’un monde à effet de serre, avec une accumulation nulle ou très faible de glace continentale, à un monde à glaciations, avec de vastes zones de glace permanente. Pendant cette période, la calotte glaciaire de l’Antarctique s’est formée. On ne savait pas encore comment, quand et surtout où cela s’est produit en raison du manque de données et d’échantillons fiables provenant de régions clés, en particulier de l’Antarctique occidental, qui documentent les changements survenus dans le passé.

Des chercheurs de l'Institut Alfred Wegener, du Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine (AWI) ont désormais pu combler cette lacune dans leurs connaissances, en collaboration avec des collègues du British Antarctic Survey, de l'Université de Heidelberg, de l'Université de Northumbria (Royaume-Uni) et du MARUM – Centre des sciences de l'environnement marin de l'Université de Brême, en plus de collaborateurs des Universités d'Aix-la-Chapelle, Leipzig, Hambourg, Brême et Kiel, ainsi que de l'Université de Tasmanie (Australie), collège impérial de Londres (Royaume-Uni), Université de Fribourg (Suisse), Universidad de Granada (Espagne), Université de Leicester (Royaume-Uni), Texas A&M University (États-Unis), Senckenberg am Meer et l'Institut fédéral des géosciences et des ressources naturelles de Hanovre, en Allemagne.

Plate-forme de forage sous-marin MARUM-MeBo70

Discussion du processus de forage sur la plate-forme de forage sous-marin MARUM-MeBo70. Crédit : IODP / Thomas Ronge

Découvertes pionnières en matière de carottes de forage

Grâce à une carotte de forage récupérée à l'aide de la foreuse MARUM-MeBo70 au large des glaciers de Pine Island et Thwaites, sur la côte de la mer d'Amundsen, dans l'Antarctique occidental, les chercheurs ont pu établir pour la première fois l'histoire de l'aube du continent antarctique glacé. Étonnamment, aucun signe de présence de glace n'a été trouvé dans cette région pendant la première phase majeure de la glaciation antarctique.

« Cela signifie qu’une première glaciation permanente à grande échelle a dû commencer quelque part dans l’Antarctique oriental », explique le Dr Johann Klages, géologue à l’AWI qui a dirigé l’équipe de recherche. En effet, l’Antarctique occidental est resté libre de glace pendant ce premier maximum glaciaire. À cette époque, il était encore largement recouvert de forêts denses de feuillus et d’un climat tempéré froid qui empêchait la formation de glace dans l’Antarctique occidental.

Camping-car Polarstern Iceberg de la baie de Pine Island

Le RV Polarstern devant un énorme iceberg dans la baie de Pine Island. Crédit : Alfred Wegener Institute / Johann

Les réactions différentes de l'Antarctique de l'Est et de l'Ouest

Afin de mieux comprendre où s'est formée la première glace permanente en Antarctique, les modélisateurs du paléoclimat de l'AWI ont combiné les données nouvellement disponibles avec les données existantes sur les températures de l'air et de l'eau et la présence de glace.

« La simulation a confirmé les résultats de la carotte unique des géologues », explique le professeur Gerrit Lohmann, modélisateur paléoclimatique à l'AWI. « Cela change complètement ce que nous savons sur la première glaciation de l'Antarctique. »

Selon l’étude, les conditions climatiques de base pour la formation de glace permanente ne prévalaient que dans les régions côtières de la partie nord de la Terre Victoria de l’Antarctique oriental. Ici, des masses d’air humide ont atteint les montagnes transantarctiques en forte élévation – conditions idéales pour la neige permanente et la formation ultérieure de calottes glaciaires. De là, la calotte glaciaire s’est rapidement étendue vers l’arrière-pays de l’Antarctique oriental.

Salle de contrôle MARUM-MeBo70

Scène dans la salle de contrôle du MARUM-MeBo70 pendant le forage de la carotte PS104_21-3. Crédit : IODP / Thomas Ronge

Il a cependant fallu un certain temps avant que la calotte glaciaire n’atteigne l’Antarctique occidental : « Ce n’est que sept millions d’années plus tard que les conditions ont permis à la calotte glaciaire de s’étendre jusqu’à la côte ouest de l’Antarctique », explique Hanna Knahl, modélisatrice paléoclimatique à l’AWI. « Nos résultats montrent clairement à quel point il a fallu attendre des températures basses pour que la glace puisse s’étendre jusqu’à recouvrir l’Antarctique occidental qui, à cette époque, se trouvait déjà en de nombreuses parties sous le niveau de la mer. »

Les recherches montrent également de manière impressionnante à quel point les deux régions de la calotte glaciaire de l'Antarctique réagissent différemment aux influences extérieures et aux changements climatiques fondamentaux. « Même un léger réchauffement suffit à faire fondre à nouveau la glace de l'Antarctique occidental – et c'est exactement ce qui se passe actuellement », ajoute Johann Klages.

Les résultats de cette équipe de recherche internationale sont essentiels pour comprendre la transition climatique extrême, du climat de serre au climat de glaciation actuel. L’étude apporte également de nouvelles informations qui permettent aux modèles climatiques de simuler plus précisément la manière dont les zones de glace permanente affectent la dynamique climatique mondiale, c’est-à-dire les interactions entre la glace, l’océan et l’atmosphère. Cela est d’une importance cruciale, comme le dit Johann Klages : « Surtout si l’on tient compte du fait que nous pourrions être à nouveau confrontés à un changement climatique aussi fondamental dans un avenir proche. »

Progrès technologiques dans l’exploration de l’Antarctique

Les chercheurs ont pu combler cette lacune grâce à une carotte de forage unique qu'ils ont récupérée en 2017 lors de l'expédition PS104 sur le navire de recherche Polarstern en Antarctique occidental. La foreuse MARUM-MeBo70 développée par MARUM à Brême a été utilisée pour la première fois en Antarctique. Le fond marin au large des glaciers de Pine Island et de Thwaites en Antarctique occidental est si dur qu'il était auparavant impossible d'atteindre les sédiments profonds avec les méthodes de forage conventionnelles. La MARUM-MeBo70 est équipée d'une tête de forage rotative qui permet de forer à environ 10 mètres dans le fond marin et de récupérer les échantillons.

Le projet de recherche, et l'expédition Polarstern PS104 en particulier, ont été financés par l'AWI, MARUM, le British Antarctic Survey et le programme NERC UK-IODP.

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