Des chercheurs de l'Université de Berne ont analysé une carotte de sédiments de 169 mètres de long collectée au fond de l'océan Austral par le navire de recherche JOIDES Resolution, en collaboration avec l'International Ocean Drilling Project (IODP). Crédit :IODP
Au cours du dernier million d'années, les périodes glaciaires se sont intensifiées et allongées. Selon une étude menée par l'Université de Berne, cette transition climatique jusque-là inexpliquée coïncide avec une diminution du mélange entre eaux profondes et eaux de surface dans l'océan Austral. L'étude confirme que la région de l'Antarctique joue un rôle crucial pendant les périodes de changement climatique.
Une analyse de sédiments marins collectés à plus de 2 km de profondeur vient d'apporter une réponse à l'une des énigmes de l'histoire du climat terrestre :la transition du Pléistocène moyen, qui a commencé il y a environ un million d'années. Après, les périodes glaciaires se sont allongées et intensifiées, et la fréquence de leurs cycles est passée de 40, 000 ans à 100, 000 ans. L'étude, paru dans le journal Science , montre que l'une des clés de ce phénomène réside dans les eaux profondes de l'océan Austral entourant l'Antarctique.
Les eaux océaniques contiennent 60 fois plus de carbone que l'atmosphère. Par conséquent, petites variations du dioxyde de carbone (CO
Les résultats montrent que le mélange a été considérablement réduit à la fin de la transition du Pléistocène moyen, environ 600, il y a 000 ans. De plus, ils expliquent comment le mélange réduit a diminué la quantité de CO
"La dynamique du système climatique mondial est très complexe", dit Samuel Jaccard. "Concentrations de gaz à effet de serre atmosphériques, surtout le CO
Conséquences pour le réchauffement climatique
Les chercheurs ont déterminé la différence de salinité et de température entre les eaux de surface et les eaux profondes, car ces deux facteurs déterminent l'intensité du mélange, entre autres. Les résultats montrent que deux processus opposés se sont intensifiés au cours de la transition climatique vers des périodes glaciaires plus longues :les eaux de surface sont devenues simultanément plus froides et moins salées.
L'analyse chimique de ces coquillages (trouvés dans les sédiments marins sous le fond de l'océan Austral, et vu ici au microscope électronique) a permis aux chercheurs de retracer l'évolution du brassage de l'eau, un phénomène crucial dans les transitions climatiques. Ces foraminifères vivent soit au fond de l'océan, ou dans les eaux de surface (photo). Crédit :Adam Hasenfratz / Université de Berne
Par conséquent, le mélange des couches a considérablement diminué au cours des périodes glaciaires. En réduisant la quantité de CO
Ces résultats sont pertinents pour la situation actuelle, dit Jaccard :« Au cours des dernières décennies, nous avons observé des vents d'ouest plus intenses à mesure que le climat se réchauffe, qui favorise le brassage et donc le relargage de CO océanique
Passer aux choses sérieuses
La reconstitution historique du mélange océanique a été réalisée à l'aide d'une carotte sédimentaire de 169 mètres de long, pris sous le fond de l'océan à une profondeur de 2800 mètres, quelque 2500 km au large des côtes de l'Afrique du Sud. La carotte a été extraite dans les années 1990 dans le cadre du Projet international de forage océanique (IODP) et stockée depuis lors en Allemagne. L'équipe a eu accès au noyau grâce à la participation active de la Suisse à l'IODP, qui a été soutenu par le Fonds national suisse de la recherche scientifique.
Au cours de son doctorat. à l'ETH Zurich, Adam Hasenfratz a coupé le noyau en milliers de tranches d'un centimètre d'épaisseur, chacun correspondant à environ un siècle de gisements. De chaque tranche, il a isolé et analysé des coquilles de foraminifères, protozoaires avec un squelette de calcite. La composition chimique des coquilles dépend des conditions marines lors de la formation des coquilles, en particulier la salinité et la température de l'eau.
"En premier, tous les experts nous ont dit que notre projet était voué à l'échec car le nombre de foraminifères serait trop petit pour effectuer les analyses chimico-physiques nécessaires", dit Samuel Jaccard. "Mais Adam a réussi à développer de nouvelles techniques qui lui ont permis d'analyser de très petites quantités de matière. Cela nous a permis de suivre l'évolution de la salinité et de la température de l'eau." Hasenfratz a identifié deux espèces qui vivent soit au fond de l'océan (Melonis pompilioides) soit à la surface de l'océan (Neogloboquadrina pachyderma). Cela lui a permis d'obtenir des informations sur la température et la salinité des eaux profondes et de surface sur une période de plus d'un million d'années.
Comme ça arrive, le rapport du magnésium au calcium présent dans une coquille de foraminifère dépend de la température de l'eau pendant la formation de la coquille. Cette donnée permet de déduire la salinité de l'eau à partir du rapport de deux isotopes de l'oxygène (O16 et O18) présents dans la calcite (CaCO
L'analyse montre que les eaux de surface se sont refroidies au cours du dernier million d'années, surtout pendant les périodes glaciaires. Cela a réduit la différence de température entre la surface et le froid, Eaux profondes, qui aurait dû en principe intensifier le mélange. Mais cette tendance a été inversée par la baisse marquée de la salinité des eaux de surface, qui est devenu moins dense et donc moins susceptible de se mélanger avec les couches profondes. L'étude montre que le mélange des eaux a diminué de manière significative, qui a permis aux eaux profondes de séquestrer plus de CO dissous