L'océan Austral entourant l'Antarctique est une région où de nombreuses eaux profondes riches en carbone du monde peuvent remonter à la surface. Les scientifiques ont pensé que les vastes étendues de glace de mer autour de l'Antarctique peuvent servir de couvercle pour les remontées de carbone, empêchant le gaz de traverser la surface de l'océan et de retourner dans l'atmosphère.

Cependant, les chercheurs du MIT ont maintenant identifié un effet antagoniste qui suggère que la glace de mer antarctique n'est peut-être pas un contrôle aussi puissant sur le cycle mondial du carbone que les scientifiques l'avaient soupçonné.

Dans une étude publiée dans le numéro d'août de la revue Cycles biogéochimiques mondiaux , l'équipe a constaté qu'en effet, la glace de mer dans l'océan Austral peut agir comme une barrière physique pour les remontées de carbone. Mais il peut aussi faire office d'ombre, empêchant la lumière du soleil d'atteindre la surface de l'océan. La lumière du soleil est essentielle à la phytosynthèse, le processus par lequel le phytoplancton et d'autres microbes océaniques absorbent le carbone de l'atmosphère pour se développer.

Les chercheurs ont découvert que lorsque la glace de mer bloque la lumière du soleil, l'activité biologique - et la quantité de carbone que les microbes peuvent séquestrer de l'atmosphère - diminue considérablement. Et étonnamment, cet effet d'ombrage est presque égal et opposé à celui de l'effet de couverture de la banquise. Pris ensemble, les deux effets s'annulent essentiellement.

« En ce qui concerne le changement climatique futur, la perte attendue de glace de mer autour de l'Antarctique pourrait donc ne pas augmenter la concentration de carbone dans l'atmosphère, " dit l'auteur principal Mukund Gupta, qui a effectué la recherche en tant qu'étudiant diplômé au Département de la Terre du MIT, Sciences de l'atmosphère et des planètes (EAPS).

Il souligne que la glace de mer a d'autres effets sur le climat mondial, avant tout par son albédo, ou la capacité de réfléchir le rayonnement solaire.

"Quand la Terre se réchauffe, il perd de la glace de mer et absorbe plus de ce rayonnement solaire, donc dans ce sens, la perte de glace de mer peut accélérer le changement climatique, " dit Gupta. " Ce que nous pouvons dire ici, c'est, Les changements de glace de mer peuvent ne pas avoir un effet aussi fort sur le dégazage de carbone autour de l'Antarctique à travers cet effet de plafonnement et d'ombrage. »

Les coauteurs de Gupta sont le professeur EAPS Michael "Mick" Follows, et le chercheur scientifique de l'EAPS Jonathan Lauderdale.

Le rôle de la glace

Chaque hiver, de larges pans de l'océan Austral gèlent, formant de vastes plaques de glace de mer qui s'étendent de l'Antarctique sur des millions de kilomètres carrés. Le rôle de la banquise antarctique dans la régulation du climat et du cycle du carbone a fait l'objet de nombreux débats, bien que la théorie dominante ait été que la glace de mer peut agir comme un couvercle pour empêcher le carbone dans l'océan de s'échapper dans l'atmosphère.

"Cette théorie est principalement pensée dans le contexte des périodes glaciaires, quand la Terre était beaucoup plus froide et que le carbone atmosphérique était plus bas, " dit Gupta. " L'une des théories expliquant cette faible concentration de carbone soutient que parce qu'il faisait plus froid, une épaisse couche de glace de mer s'étendait plus loin dans l'océan, bloquant les échanges de carbone avec l'atmosphère et la piégeant efficacement dans les profondeurs de l'océan."

Gupta et ses collègues se sont demandé si un effet autre que le plafonnement pouvait également être en jeu. En général, les chercheurs ont cherché à comprendre comment diverses caractéristiques et processus de l'océan interagissent avec la biologie océanique, comme le phytoplancton. Ils ont supposé qu'il pourrait y avoir moins d'activité biologique en raison de la glace de mer bloquant la lumière solaire vitale des microbes, mais quelle serait la force de cet effet d'ombrage ?

Égal et opposé

Pour répondre à cette question, les chercheurs ont utilisé le MITgcm, un modèle de circulation globale qui simule les nombreux chimique, et les processus biologiques impliqués dans la circulation de l'atmosphère et de l'océan. Avec MITgcm, ils ont simulé une tranche verticale de l'océan couvrant 3, 000 kilomètres de large et environ 4, 000 mètres de profondeur, et avec des conditions similaires à celles de l'océan Austral d'aujourd'hui. Ils ont ensuite exécuté le modèle plusieurs fois, chaque fois avec une concentration différente de glace de mer.

"A 100 % de concentration, il n'y a pas de fuites dans la glace, et c'est vraiment compacté, contre de très faibles concentrations représentant des banquises lâches et éparses se déplaçant, " explique Gupta.

Ils définissent chaque simulation sur l'un des trois scénarios :un où seul l'effet de plafonnement est actif, et la glace de mer n'influence le cycle du carbone qu'en empêchant le carbone de retourner dans l'atmosphère; un autre où seul l'effet d'ombrage est actif, et la glace de mer empêche seulement la lumière du soleil de pénétrer dans l'océan; et le dernier dans lequel les effets de plafonnement et d'ombrage sont en jeu.

Pour chaque simulation, les chercheurs ont observé comment les conditions qu'ils ont établies affectaient le flux global de carbone, ou quantité de carbone qui s'est échappé de l'océan vers l'atmosphère.

Ils ont découvert que le plafonnement et l'ombrage avaient des effets opposés sur le cycle du carbone, réduire la quantité de carbone dans l'atmosphère dans le premier cas et l'augmenter dans le second, par quantités égales. Dans les scénarios où les deux effets ont été pris en compte, l'un a annulé l'autre presque entièrement, dans un large éventail de concentrations de glace de mer, n'entraînant aucun changement significatif dans le flux de carbone. Ce n'est que lorsque la glace de mer était à sa concentration la plus élevée que le coiffage avait l'avantage, avec une diminution du carbone s'échappant dans l'atmosphère.

Les résultats suggèrent que la glace de mer antarctique peut effectivement piéger le carbone dans l'océan, mais seulement lorsque cette couverture de glace est très étendue et épaisse. Autrement, il semble que l'effet d'ombrage de la glace de mer sur les organismes sous-jacents puisse contrecarrer son effet de coiffage.

"Si l'on ne considérait que la physique et le plafonnement pur, ou idée de barrière carbone, ce serait une façon incomplète d'y penser, " dit Gupta. "Cela montre que nous devons mieux comprendre la biologie sous la glace de mer et comment elle sous-tend cet effet."