Obtenir des échantillons d'eau d'un lac antarctique sous 800 mètres de glace prend des jours de forage, équipement précis, beaucoup de patience et d'empressement à comprendre l'un des environnements les plus extrêmes au monde.

Plus de la moitié de l'eau douce de la planète se trouve en Antarctique. Alors que la majeure partie est gelée dans les calottes glaciaires, sous la glace, des piscines et des courants d'eau se jettent les uns dans les autres et dans l'océan Austral entourant le continent. Comprendre le mouvement de cette eau, et ce qui s'y dissout sous forme de solutés, révèle comment le carbone et les nutriments de la terre peuvent soutenir la vie dans l'océan côtier.

La collecte de données sur la biogéochimie de ces systèmes est une entreprise aux proportions antarctiques. Trista Vick-Majors, professeur adjoint de sciences biologiques à l'Université technologique du Michigan, fait partie d'une équipe qui a collecté des échantillons du lac sous-glaciaire Whillans dans l'Antarctique occidental et est l'auteur principal d'un article sur le lac, récemment publié dans Cycles biogéochimiques mondiaux .

"La vie est dure, elle peut supporter beaucoup de choses, ", a déclaré Vick-Majors. "Cet article rassemble ce que nous savons de la biologie et de son activité sous la glace de l'Antarctique avec des informations sur la composition du carbone organique du lac."

Vivre avec un budget carbone

La vie sous la glace supporte beaucoup de choses - il n'y a pas de soleil et la pression de la glace au-dessus en combinaison avec la chaleur rayonnante du noyau de la Terre fait fondre l'eau pour former le lac, donc la température oscille juste en dessous de zéro. Carbone organique, une importante source de nourriture pour les micro-organismes, est présent en concentrations relativement élevées dans le lac sous-glaciaire Whillans, même s'il manque le désordre verdoyant d'un étang du Midwest fin août. Au lieu, comme le révèlent les caméras tombées dans le trou de forage du lac sous-glaciaire Mercer (un voisin de Whillans), le lac sous-glaciaire est sombre, froid, plein de sédiments mous et pelucheux, et garni de glace remplie de bulles.

Le lit du lac semble plus étranger que la terre. L'étude des environnements extrêmes permet de mieux comprendre à quoi pourrait ressembler la vie extraterrestre ou comment la vie terrestre pourrait survivre dans des conditions similaires. Pas que les humains, les pingouins ou les poissons pourraient le manipuler; la vie dans les eaux sous la glace de l'Antarctique est principalement microbienne. Ils montrent encore des signes de vie - du carbone organique et d'autres sous-produits chimiques de la vie, manger, excréter et mourir, que Vick-Majors et son équipe peuvent mesurer et budgétiser.

À l'aide de calculs de bilan massique, les recherches de l'équipe montrent qu'un réservoir de carbone organique dissous dans le lac sous-glaciaire Whillans peut être produit en 4,8 à 11,9 ans. Au fur et à mesure que le lac se remplit et se vide, qui prend à peu près le même temps, tous ces nutriments glissent et glissent vers la côte couverte de glace de l'océan Austral. Sur la base des calculs de l'équipe, les lacs sous-glaciaires de la région en fournissent 5, 400 % plus de carbone organique que ce dont la vie microbienne dans l'océan recouvert de glace en aval a besoin pour survivre.

"Il n'y a pas de photosynthèse sous la glace dans l'océan en aval de ce lac - cela limite les sources de nourriture et d'énergie disponibles d'une manière que vous ne trouveriez pas dans un lac de surface ou en pleine mer, ", a déclaré Vick-Majors. "L'idée est que ces lacs sous-glaciaires qui se trouvent en amont pourraient fournir d'importantes sources d'énergie et de nutriments pour les êtres vivants dans les régions couvertes de glace de l'océan Austral."

Exploration des données

Alors que le lac sous-glaciaire Whillans à lui seul indique que les éléments nutritifs en amont peuvent être un facteur important, ce n'est qu'une source unique de données dans un complexe de lacs souterrains recouvert de glace, les cours d'eau et les zones de mélange de type estuaire qui subissent des flux saisonniers et sporadiques.

Pour élargir leur vue, Vick-Majors et le reste de l'équipe ont collecté des données sur d'autres sites (le lac sous-glaciaire Mercer a été échantillonné par l'équipe SALSA au début de 2019), et le faire n'est pas une mince affaire. Ils y arrivent avec une perceuse à eau chaude, un tuyau spécialement conçu, une bouteille de prélèvement d'eau de 10 litres, certains dispositifs de carottage de sédiments, et une semaine de temps polaire estival qui peut plonger à 20 en dessous. L'équipage porte des combinaisons Tyvek et tout l'équipement est soigneusement nettoyé. Ils filtrent également l'eau de forage, passez-le devant plusieurs bancs de lumières ultraviolettes pour éliminer la contamination microbienne, puis chauffez-le pour utiliser l'eau chaude pour ouvrir un trou de forage d'environ 1000 mètres jusqu'au lac.

"Une partie de cette eau glacée fondue, qui a maintenant circulé dans le foret, est retiré du trou de sorte que lorsque le lac est percé, l'eau du lac monte dans le forage, " dit Vick-Majors, expliquant que l'équipage doit séparer l'eau chaude de la foreuse de l'eau du lac pour garder leurs échantillons et le lac propres. « Il faut environ 24 heures pour forer le trou de forage et nous le gardons ouvert pendant quelques jours ; recueillir un seul échantillon ou laisser tomber les caméras peut prendre deux heures ou plus, selon l'équipement."

Et le trou continue d'essayer de se recongeler. Plus, Vick-Majors n'est pas un scientifique solitaire; elle est intégrée dans une équipe interdisciplinaire et tout le monde a besoin d'accéder au forage pour différentes expériences. Mais pour toute la logistique serrée et les orteils froids, elle dit que ça vaut le coup.

"Il y a de l'eau et il y a de la vie sous la glace, " a déclaré Vick-Majors. "Ceux-ci peuvent nous en apprendre beaucoup sur notre planète parce que c'est un endroit idéal pour regarder des écosystèmes quelque peu simplifiés, sans niveaux plus élevés d'organismes. Nous pouvons donc répondre à des questions sur la vie auxquelles il peut être très difficile de répondre ailleurs."

Le revers de la médaille est que les interactions physico-biologiques peuvent être encore compliquées dans ces environnements; le papier est un pas vers leur compréhension. Les lacs sous-glaciaires presque d'un autre monde de l'Antarctique occidental donnent un aperçu des possibilités d'environnements d'exoplanètes tout en révélant les profondeurs, secrets gardés par l'eau de notre propre monde.