Crédit :Université de Copenhague
Mince, des couches brunâtres d'une épaisseur d'environ un millimètre ou deux sont parfois observées dans les carottes de glace blanchâtres/transparentes. Ces couches brunes sont constituées de matériaux provenant d'éruptions volcaniques.
Lors d'une éruption volcanique, des gaz, lave, rochers, et de minuscules particules de cendres sont éjectées dans l'atmosphère. Les plus petites particules sont emportées par le vent et transportées avec les masses d'air, jusqu'à ce que les particules tombent et recouvrent la surface de la terre ou de la glace d'une fine couche de matière volcanique. Les cendres qui ont atterri sur la calotte glaciaire du Groenland il y a des milliers d'années sont aujourd'hui enfouies sous d'énormes quantités de glace et ne peuvent être récupérées qu'en forant de longues carottes de glace.
De nombreuses particules de cendres dans les carottes de glace sont trop petites pour être visibles à l'œil nu. Le plus souvent, les particules ne mesurent qu'un dixième ou un centième de millimètre. Ce n'est que lorsqu'une énorme quantité de particules de cendres est présente dans une couche, la couche sera visible dans la carotte de glace sous la forme d'une fine bande brune, mais la plupart des couches volcaniques dans les carottes de glace sont invisibles en raison de la petite quantité d'éclats de cendres. La recherche de ces couches de cendres dans une carotte de glace de trois kilomètres de long peut sembler une tâche impossible. Néanmoins, c'est ce que font les chercheurs du Center for Ice and Climate.
L'une des couches de cendres les plus distinctes des carottes de glace du Groenland est visible à droite de ce morceau de carotte de glace de 55 cm de long. C'est le 55, Couche de cendres Z2 de 500 ans, qui est censé provenir d'une énorme éruption en Islande. Les mêmes couches de cendres se retrouvent également dans de nombreuses carottes de sédiments de la région de l'Atlantique Nord, par conséquent, la couche est un horizon de référence important qui est utilisé pour relier les carottes de glace avec d'autres carottes de sédiments provenant d'autres archives du climat passé. Crédit :Université de Copenhague
Les couches de cendres volcaniques peuvent être utilisées comme horizons de référence importants qui peuvent relier différentes carottes de glace et d'autres archives du climat passé. La cendre volcanique contient également une empreinte chimique qui permet de retracer de quel volcan la cendre est originaire, et parfois aussi quelle éruption d'un volcan particulier en était la source. C'est cette propriété qui incite les chercheurs à rechercher les minuscules particules de cendres cachées dans les longues carottes de glace.
Identification et analyse des cendres volcaniques
Il peut sembler une tâche impossible de trouver les couches de cendres invisibles dans une carotte de glace de trois kilomètres de long, constitué d'environ 20 tonnes de glace. Heureusement, de l'aide est à portée de main. Suite à une éruption volcanique, les précipitations sont souvent légèrement acides en raison de la présence d'acide sulfurique qui provient de la conversion des gaz sulfuriques volcaniques dans l'atmosphère. Les concentrations d'acide relativement élevées conduisent à une conductivité électrique élevée de la glace. Il est rapide et relativement facile de mesurer la conductivité électrique de la glace, et les pics d'acide dans le profil mesuré peuvent être utilisés comme guides pour savoir où se cachent les minuscules particules de cendre. Les échantillons de glace seront généralement coupés là où se trouvent les pics d'acide, mais malheureusement il n'y a aucune garantie que des cendres soient présentes, les échantillons doivent donc être analysés très soigneusement.
Une image au microscope électronique à balayage d'un échantillon de cendres d'un 55, Couche de cendres vieille de 500 ans dans la carotte de glace NGRIP. Les éclats de cendres sont les plus gros morceaux qui ressemblent à du verre brisé. Les couleurs ne sont pas vraies. La barre blanche en bas à gauche représente 1/10 mm. Crédit :Université de Copenhague
Les échantillons de glace sont fondus et centrifugés afin de vider l'eau et de garder la petite quantité de particules d'impuretés de la glace. La plupart des matériaux sont de la poussière soufflée par le vent ou du sable à grain fin, venant souvent des déserts d'Asie. Si des éclats de cendres sont présents, ceux-ci peuvent être identifiés visuellement dans un microscope optique normal ou dans un microscope à balayage électronique.
Un éclat de frêne peut souvent être identifié par son aspect vitreux et brillant, sa forme particulière et sa transparence. Les particules sont normalement soit incolores, soit légèrement rosâtres ou brunâtres, selon la composition chimique.
Après identification d'une couche de cendres, l'analyse chimique peut commencer à l'aide d'une microsonde électronique. Cet instrument fonctionne en tirant un faisceau d'électrons sur la particule de cendre étudiée. La composition chimique des éclats peut être déduite des longueurs d'onde des rayons X émis par l'échantillon. Des résultats chimiques de bonne qualité nécessitent que les échantillons soient bien préparés avant l'analyse. Ce processus est très laborieux. Tous les fragments à analyser doivent avoir une surface plane et lisse et doivent être au même niveau par rapport au canon à électrons de la microsonde. Une façon de procéder consiste à monter les éclats dans une résine (époxy) sur une lame de verre, puis à polir l'échantillon avec de la poussière de diamant à grain fin. La surface de l'échantillon est lentement enlevée et polie par la poussière de diamant dur. On prend soin de ne pas polir tous les éclats précieux. Pendant le polissage, un microscope est utilisé pour vérifier si la surface du tesson est plate et lisse.
Lorsque la composition chimique des éclats a été déterminée, les résultats sont comparés avec les résultats de l'analyse d'éclats similaires dans d'autres carottes de glace ou de sédiments ou avec la composition des cendres trouvées in situ sur le volcan responsable de l'éruption.
