Le trou dans la banquise au large de la côte antarctique vu par un satellite de la NASA le 25 septembre 2017. Crédit :NASA
La glace hivernale à la surface de la mer de Weddell en Antarctique forme parfois un énorme trou. Un trou apparu en 2016 et 2017 a suscité une intense curiosité de la part des scientifiques et des journalistes. Bien que des écarts encore plus importants se soient formés des décennies auparavant, c'était la première fois que les océanographes avaient la chance de vraiment surveiller l'écart inattendu dans la banquise hivernale de l'Antarctique.
Une nouvelle étude menée par l'Université de Washington combine des images satellites de la couverture de glace de mer, des vagabonds robotisés et même des phoques équipés de capteurs pour mieux comprendre le phénomène. La recherche explore pourquoi ce trou apparaît en seulement quelques années, et quel rôle il pourrait jouer dans la circulation océanique plus large.
L'étude a été publiée le 10 juin dans la revue La nature .
« Nous pensions que ce grand trou dans la banquise – connu sous le nom de polynie – était quelque chose de rare, peut-être un processus qui s'était éteint. Mais les événements de 2016 et 2017 nous ont obligés à réévaluer cela, " a déclaré l'auteur principal Ethan Campbell, un étudiant au doctorat UW en océanographie. "Les observations montrent que les polynies récentes se sont ouvertes à partir d'une combinaison de facteurs, l'un étant les conditions océaniques inhabituelles, et l'autre étant une série de tempêtes très intenses qui ont tourbillonné sur la mer de Weddell avec des vents presque de la force d'un ouragan."
Une "polynie, " un mot russe qui signifie à peu près " trou dans la glace, " peut se former près du rivage lorsque le vent pousse la glace. Mais il peut également apparaître loin de la côte et rester pendant des semaines, voire des mois, où il fait office d'oasis pour les pingouins, les baleines et les phoques surgissent et respirent.
Cet endroit particulier loin de la côte antarctique a souvent de petites ouvertures et a déjà vu de grandes polynies. Les plus grandes polynies connues à cet endroit étaient en 1974, 1975 et 1976, juste après le lancement des premiers satellites, lorsqu'une zone de la taille de la Nouvelle-Zélande est restée libre de glace pendant trois hivers antarctiques consécutifs malgré des températures de l'air bien en dessous de zéro.
Steve Riser (deuxième à partir de la gauche) et Ethan Campbell (à droite) avec l'un des instruments de surveillance SOCCOM construits à l'UW puis relâchés dans l'océan Austral. Crédit :Université de Washington
Campbell a rejoint l'UW en tant qu'étudiant diplômé en 2016 pour mieux comprendre ce phénomène mystérieux. Dans un coup de chance scientifique, un grand est apparu pour la première fois depuis des décennies. Une image satellite de la NASA en août 2016 a attiré l'attention du public sur un 33, 000 kilomètres carrés (13, 000 milles carrés) qui est apparu pendant trois semaines. Un écart encore plus grand, de 50, 000 kilomètres carrés (19, 000 milles carrés) est apparu en septembre et octobre 2017.
On pense que l'océan Austral joue un rôle clé dans les courants océaniques mondiaux et les cycles du carbone, mais son comportement est mal compris. Il accueille certaines des tempêtes les plus violentes de la planète, avec des vents fouettant sans interruption autour du continent dans l'obscurité de 24 heures de l'hiver polaire. La nouvelle étude a utilisé les observations du projet Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling, ou SOCCOM, qui met en place des instruments qui dérivent avec les courants pour surveiller les conditions antarctiques.
L'étude a également utilisé les données du programme d'observation de l'océan Argo de longue date, des éléphants de mer qui renvoient des données vers le rivage, stations météorologiques et des décennies d'images satellite.
"Cette étude montre que cette polynie est en fait causée par un certain nombre de facteurs qui doivent tous s'aligner pour que cela se produise, " a déclaré le co-auteur Stephen Riser, professeur d'océanographie à l'UW. "Au cours d'une année donnée, vous pourriez avoir plusieurs de ces choses qui se produisent, mais à moins que vous ne les obteniez tous, alors vous n'obtenez pas de polynie."
L'étude montre que lorsque les vents entourant l'Antarctique se rapprochent du rivage, ils favorisent un mélange ascendant plus fort dans l'est de la mer de Weddell. Dans cette région, une montagne sous-marine connue sous le nom de Maud Rise force une eau de mer dense autour d'elle et laisse un vortex en rotation au-dessus. Deux instruments SOCCOM ont été piégés dans le vortex au-dessus de Maud Rise et y ont enregistré des années d'observations.
L'analyse montre que lorsque la surface de l'océan est particulièrement salée, comme vu tout au long de 2016, de fortes tempêtes hivernales peuvent déclencher un renversement de la circulation. Plus chaud, l'eau plus salée des profondeurs remonte à la surface, où l'air le refroidit et le rend plus dense que l'eau en dessous. Comme cette eau coule, une eau profonde relativement plus chaude d'environ 1 degré Celsius (34 F) le remplace, créer une boucle de rétroaction où la glace ne peut pas se reformer.
Des mesures océaniques ont également été recueillies par des phoques nageant sous la banquise avec des balises satellites temporaires, montrant des conditions d'eau normales dans les années qui n'avaient pas de grandes polynies. Crédit :Dan Costa/Université de Californie, Santa Cruz
Sous le changement climatique, l'eau douce provenant de la fonte des glaciers et d'autres sources rendra la couche superficielle de l'océan Austral moins dense, ce qui pourrait signifier moins de polynies à l'avenir. Mais la nouvelle étude remet en question cette hypothèse. De nombreux modèles montrent que les vents entourant l'Antarctique deviendront plus forts et se rapprocheront de la côte - le nouveau document suggère que cela encouragerait la formation de plus de polynies, pas moins.
Ce sont les premières observations à prouver que même une plus petite polynie comme celle de 2016 déplace l'eau de la surface jusqu'aux profondeurs de l'océan.
"Essentiellement, c'est un retournement de tout l'océan, plutôt qu'une injection d'eau de surface lors d'un aller simple de la surface vers les profondeurs, " a déclaré le co-auteur Earle Wilson, qui a récemment terminé son doctorat en océanographie à l'UW.
L'une des raisons pour lesquelles une polynie de surface est importante pour le climat est l'eau la plus profonde des océans, connue sous le nom d'eau de fond de l'Antarctique. Ce froid, l'eau dense se cache sous toutes les autres eaux. Où et comment il est créé affecte ses caractéristiques, et aurait des effets d'entraînement sur d'autres grands courants océaniques.
"À l'heure actuelle, les gens pensent que la majeure partie de l'eau du fond se forme sur le plateau antarctique, mais ces grandes polynies offshore auraient pu être plus courantes dans le passé, " a déclaré Riser. "Nous devons améliorer nos modèles afin que nous puissions étudier ce processus, ce qui pourrait avoir des implications climatiques à plus grande échelle. »
Les polynies de grande taille et de longue durée peuvent également affecter l'atmosphère, parce que les eaux profondes contiennent du carbone provenant de formes de vie qui ont coulé au cours des siècles et se sont dissoutes en descendant. Une fois que cette eau atteint la surface, ce carbone pourrait être libéré.
"Ce profond réservoir de carbone est enfermé depuis des centaines d'années, et dans une polynie il peut se ventiler en surface par ce brassage vraiment violent, " Campbell a déclaré. " Un grand événement de dégazage de carbone pourrait vraiment frapper le système climatique s'il se produisait plusieurs années de suite. "
