Formation active de gouttelettes dans une zone latérale de la « Kleine Teufelshöhle ». Crédit : KIT (prise dans le cadre du projet HEiKA Check Extrema)
Des chercheurs d’Heidelberg et de Karlsruhe utilisent des stalagmites pour reconstituer l’histoire climatique régionale et mondiale.
Les données sur les cernes des arbres, lorsqu’elles sont intégrées aux informations provenant des stalagmites, ont permis à une équipe de chercheurs, comprenant des géoscientifiques de l’Université de Heidelberg et de l’Institut de technologie de Karlsruhe, d’accéder à des archives uniques permettant d’examiner les fluctuations climatiques naturelles au fil des siècles.
Les chercheurs ont analysé la composition isotopique de l’oxygène dans une stalagmite formée à partir d’eau calcaire dans une grotte du sud de l’Allemagne. En conjonction avec les données acquises à partir des cernes des arbres, ils ont pu reconstituer les fluctuations climatiques à court terme au fil des siècles et les corréler avec des événements environnementaux historiquement documentés.
Cernes des arbres et analyse climatique à court terme
Jusqu’à présent, les fluctuations climatiques à court terme sur des centaines d’années ne pouvaient être analysées qu’au moyen d’enregistrements de cernes d’arbres en combinant des mesures indépendantes provenant de plusieurs études, explique le géoscientifique Dr Tobias Kluge de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT). La taille des cernes des arbres, qui varie de quelques millimètres, fournit des informations sur la dynamique des précipitations saisonnières, indiquant à son tour les conditions climatiques de la période de croissance spécifique. Selon le Dr Kluge, on s’attend surtout à des étés avec de fortes précipitations pendant les années froides, tandis que des hivers très humides sont attendus pendant les années chaudes.
Contrairement aux cernes des arbres, les stalagmites n’ont été utilisées que dans des cas exceptionnels pour mesurer systématiquement les données climatiques et leurs variations annuelles. Le facteur décisif est l’eau de pluie qui s’infiltre dans une grotte et dont la chaux dissoute forme les stalagmites. Cette eau provient des précipitations locales des saisons froides et chaudes, et chacune est caractérisée par une composition isotopique particulière en oxygène. De là, des analyses peuvent être dérivées indiquant si et au cours de quelles années les précipitations hivernales ou estivales ont dominé.
Étude de cas : Stalagmite de Kleine Teufelshöhle
Les chercheurs d’Heidelberg et de Karlsruhe ont étudié une stalagmite – une pierre à goutte qui pousse vers le haut depuis le sol d’une grotte – de la « Kleine Teufelshöhle » en Suisse franconienne. Avec un taux de croissance d’un à quatre centimètres par millénaire ou un taux de croissance annuel d’environ la largeur d’un seul cheveu, cette stalagmite a poussé beaucoup plus lentement que des stalagmites comparables.
Les zones de croissance de la stalagmite sont cent fois plus fines qu’un cerne d’arbre, de sorte que quelques centimètres seulement peuvent fournir des données sur les conditions climatiques sur mille ans. La composition des isotopes de l’oxygène a été mesurée à l’aide de la sonde ionique de l’Institut des sciences de la Terre de l’Université de Heidelberg. «Les analyses ont nécessité des mesures précises dans les zones de croissance annuelle de quelques micromètres seulement, ce qui n’est possible qu’avec ce type d’appareil de recherche à grande échelle», explique le professeur Mario Trieloff, chef du laboratoire Heidelberg Ion Probe.
Événements climatiques historiques révélés par les données sur les stalagmites
Les chercheurs rapportent que les données climatiques acquises à partir de la stalagmite « Kleine Teufelshöhle » ont révélé des événements environnementaux régionaux et mondiaux. L’année 1816, particulièrement froide, qui est entrée dans l’histoire sous le nom d’Année sans été, est due à une éruption du volcan Tambora en Indonésie en avril 1815, peut-être exacerbée par une éruption volcanique jusqu’alors inconnue six ans auparavant. Les données des mesures des stalagmites montrent que les étés étaient froids et les hivers très humides pendant cette période, ce qui, combiné aux inondations tout au long de l’année, a conduit à de mauvaises récoltes et à la famine.
Les informations stockées dans la stalagmite fournissent également des preuves de fluctuations climatiques à long terme telles que le Petit Âge Glaciaire, dont la période centrale a commencé à la fin du XVIe siècle et a duré jusqu’à la fin du XVIIe siècle. Selon les chercheurs, cette période a été marquée par des inondations fréquentes, historiquement documentées dans la ville de Nuremberg, non loin du « Teufelshöhle ».
Les données climatiques de la grotte ont été vérifiées à l’aide d’archives de cernes d’arbres provenant des environs. Les données indiquent des hivers froids et secs qui ont retardé la fonte annuelle des glaces et des neiges, conduisant à des inondations majeures à court terme aux conséquences catastrophiques, explique le Dr Kluge de l’Institut des géosciences appliquées du KIT.
Aux côtés des scientifiques de Heidelberg et de Karlsruhe, des chercheurs de Berlin, Hohenheim et Mannheim ont participé aux recherches.
