Corail cerf (Acropora cervcornis). Crédit :Wikipédia
Les coraux précipitent leurs squelettes calcaires (carbonate de calcium) à partir de l'eau de mer. Sur des milliers d'années, de vastes récifs coralliens se forment en raison du dépôt de ce carbonate de calcium. Pendant les précipitations, les coraux préfèrent les groupes carbonatés contenant des variantes spécifiques de l'oxygène (symbole chimique :O). Par exemple, plus la température de l'eau est basse, plus l'abondance d'un variant d'oxygène lourd est élevée, connu sous le nom d'isotope 18 , dans le carbonate précipité. Malheureusement, les 18 O l'abondance de l'eau de mer influence également l'abondance de 18 O dans le carbonate de calcium et la contribution de 18 O de l'eau de mer ne peut pas être résolu lors de la détermination des températures basées sur le carbonate 18 abondances seules.
Un grand pas en avant a été la découverte que la composition isotopique du carbonate précipité permet des déterminations de température indépendantes de la composition de l'eau si l'abondance d'un produit spécifique, un groupe carbonate très rare est mesuré. Ce groupe carbonate contient deux isotopes lourds, un isotope lourd du carbone (13C) et un isotope lourd de l'oxygène ( 18 O) qui sont appelés « isotopes agglutinés ». Les isotopes agglutinés sont plus abondants à des températures plus basses.
Cependant, même avec cette méthode, il y avait toujours un problème :le processus de minéralisation lui-même peut affecter l'incorporation d'isotopes lourds dans le carbonate de calcium (effets cinétiques). Si non identifié, le biais introduit par de tels effets cinétiques conduit à des déterminations de température imprécises. Cela s'applique particulièrement aux archives climatiques comme les coraux et les carbonates des grottes.
Un groupe de recherche international dirigé par le professeur Jens Fiebig du département de géosciences de l'université Goethe de Francfort a maintenant trouvé une solution à ce problème. Ils ont développé une méthode très sensible par laquelle, en plus du groupe carbonate contenant 13 C et 18 l'abondance d'un autre, un groupe carbonate encore plus rare peut être déterminé avec une très grande précision. Ce groupe contient également deux isotopes lourds, à savoir deux isotopes lourds de l'oxygène ( 18 O).
Si les abondances théoriques de ces deux groupes carbonates rares sont tracées l'une contre l'autre dans un graphique, l'influence de la température est représentée par une droite. Si, pour un échantillon donné, les abondances mesurées des deux groupes carbonatés lourds produisent un point éloigné de la droite, cet écart est dû à l'influence du processus de minéralisation.
David Bajnaï, L'ancien doctorant de Fiebig. étudiant, appliqué cette méthode à diverses archives climatiques. Entre autres, il a examiné diverses espèces de coraux, les carbonates des grottes et le squelette fossile d'un céphalopode ressemblant à un calmar (bélemnite).
Aujourd'hui, Le Dr Bajnai est chercheur post-doctoral à l'Université de Cologne. Il explique :« Nous avons pu montrer qu'en plus de la température, les mécanismes de minéralisation affectent également grandement la composition de nombreux carbonates que nous avons examinés. Dans le cas des carbonates de grotte et des coraux, les écarts observés par rapport au contrôle exclusif de la température confirment les calculs du modèle des processus de minéralisation respectifs menés par le Dr Weifu Guo, notre collaborateur à la Woods Hole Oceanographic Institution aux États-Unis. La nouvelle méthode, pour la première fois, permet d'évaluer quantitativement l'influence du processus de minéralisation lui-même. Par ici, la température exacte de formation du carbonate peut être déterminée."
Le professeur Jens Fiebig est convaincu que la nouvelle méthode recèle un grand potentiel :« Nous validerons davantage notre nouvelle méthode et identifierons les archives climatiques particulièrement adaptées à une reconstruction précise et très précise des températures passées de la surface de la Terre. Nous avons également l'intention d'utiliser notre méthode pour étudier l'effet de l'acidification anthropique des océans sur la minéralisation carbonatée, par exemple dans les coraux. La nouvelle méthode pourrait même nous permettre d'estimer les valeurs de pH des océans antérieurs. » Si tout cela réussit, la reconstruction des conditions environnementales qui ont prévalu tout au long de l'histoire de la Terre pourrait être grandement améliorée, il ajoute.
