Camp de terrain Black et Bloom établi à la surface de la calotte glaciaire du Groenland à environ 35 km à l'intérieur des terres de la marge sud-ouest de la calotte glaciaire. Notez la glace décolorée (sombre) dans l'image entraînée par les communautés biologiques. Les grandes tentes à dôme sont la tente de la science et du mess, avec des tentes plus petites, les tentes personnelles des membres de l'équipe qui ont passé environ quatre semaines à camper sur la glace en 2016 et 2017. Crédit :Dr Jenine McCutcheon
De nouvelles recherches menées par des scientifiques de l'Université de Bristol ont révélé de nouvelles informations sur la façon dont les algues microscopiques qui se développent le long du bord de la calotte glaciaire du Groenland provoquent un assombrissement généralisé.
Cet assombrissement est d'une importance cruciale car la glace plus foncée absorbe plus d'énergie solaire et fond plus rapidement, accélérer la fonte globale de la glace, qui est le principal contributeur à l'élévation du niveau de la mer dans le monde.
Algues microscopiques extrêmophiles, ou ce qu'on appelle les "algues des glaciers", sont capables de vivre dans les quelques centimètres supérieurs de la glace à la surface des glaciers et des calottes glaciaires et peuvent former des proliférations généralisées pendant la saison de fonte estivale.
Les proliférations d'algues des glaciers sur la calotte glaciaire du Groenland sont si étendues que leur présence dans la glace de surface est considérée comme responsable de l'obscurcissement généralisé le long de la marge ouest de la calotte glaciaire connue sous le nom de "zone sombre" qui est apparue dans les observations satellitaires au cours des deux dernières décennies .
Le lien entre l'obscurcissement de la calotte glaciaire et les efflorescences algales glaciaires avait déjà été étayé par des modélisations et des observations de terrain, mais on ne sait toujours pas exactement comment ou pourquoi les algues provoquent un noircissement généralisé.
À l'aide d'observations détaillées sur le terrain, échantillonnage, expérimentation et modélisation, l'équipe dirigée par Bristol, dans le cadre du projet Black and Bloom financé par la NERC, ont démontré comment les algues des glaciers régulent l'énergie dans leurs cellules afin d'équilibrer leurs besoins en photosynthèse et croissance avec l'environnement extrême de lumière et de température de la calotte glaciaire du Groenland et comment elles sont optimisées pour assombrir et faire fondre la glace.
Glace de surface de la calotte glaciaire du Groenland dans la « zone sombre » qui longe la marge ouest de la calotte glaciaire. La décoloration violette/brune de la glace est provoquée par une prolifération d'"algues glaciaires" microscopiques qui produisent un pigment "écran solaire" spécialisé pour se protéger de l'excès de soleil et des basses températures qui caractérisent cet environnement. Crédit :Dr Chris Williamson
L'étude, publié dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences , révèle comment les algues des glaciers produisent un pigment phénolique « écran solaire » unique à 11 fois le contenu cellulaire de la chlorophylle-a (normalement le pigment le plus abondant dans les microalgues vertes).
Ce pigment phénolique sert à capter et à absorber la majeure partie de la lumière solaire intense que les algues reçoivent là où elles vivent à la surface de la calotte glaciaire, protéger les chloroplastes des algues, qui se situent sous les vacuoles remplies de ce pigment, d'un rayonnement UV et visible excessif.
L'énergie qui est absorbée par ce pigment de protection solaire est ensuite disponible pour la cellule sous forme de chaleur pour la génération de fonte - un mécanisme incroyablement intelligent pour les algues qui vivent dans un monde glacé, où l'accès à l'eau liquide est un obstacle majeur à la croissance et à la survie.
Cette pigmentation protège les cellules d'un ensoleillement excessif, mais exploite également l'énergie pour la génération de masse fondue à proximité de la cellule, donnant accès à l'eau liquide et aux nutriments dissous essentiels à la vie.
Malheureusement, cette forte production de pigment est également l'une des raisons pour lesquelles la calotte glaciaire du Groenland s'assombrit si significativement pendant les saisons de fonte estivale, lorsque les algues des glaciers atteignent des abondances de bloom (environ 10, 000 cellules par millilitre d'eau de fonte) dans la glace de surface, entraînant une augmentation d'environ dix pour cent de la fonte en surface.
Image satellite composite Sentinel-2 RGB de la glace du sud-ouest du Groenland, où l'équipe Black and Bloom a étudié les proliférations d'algues des glaciers au cours des 4 dernières années. Notez la "zone sombre" visible de haut en bas (du nord au sud) le long de la marge de la calotte glaciaire. Cet assombrissement est principalement dû à des proliférations d'algues glaciaires fortement pigmentées dans la glace de surface à cet endroit pendant les saisons de fonte estivale, ce qui à son tour améliore considérablement la fonte des glaces en surface de la calotte glaciaire. Crédit :Dr Joseph Cook
L'auteur principal de l'étude, Dr Chris Williamson du Bristol Glaciology Center et de la School of Geographical Sciences de l'Université de Bristol, a déclaré:"Les écosystèmes froids en permanence représentent plus de 70 pour cent de la biosphère de la Terre, bien que nous en sachions très peu sur les micro-organismes capables de prospérer dans ces environnements extrêmes.
"Nos travaux ont fourni de nouvelles informations sur l'écologie et la physiologie des microalgues extrêmophiles qui vivent à la surface des glaciers et des calottes glaciaires, démontrant comment la vie est capable de prospérer dans ces environnements glacials extrêmes.
"Ce travail a d'importantes applications appliquées pour les études du bilan de masse (fonte contre croissance) des systèmes de glaciers et de calotte glaciaire, permettant l'incorporation de ces effets d'« albédo biologique » dans les calculs de la réflectance de la surface de la calotte glaciaire (obscurcissement) et de la fonte. »
Après avoir quantifié l'ensemble des pigments produits par les algues des glaciers et modélisé leur croissance à la surface de la calotte glaciaire du Groenland, la prochaine étape de l'équipe est d'incorporer tous ces « effets biologiques » dans des modèles plus larges du bilan massique de la calotte glaciaire du Groenland pour prédire leur contribution globale à la fonte de la calotte glaciaire et à l'élévation du niveau de la mer à l'échelle mondiale.
