Sur la photo, une rivière d'eau de fonte glaciaire qui s'est écoulée de la calotte glaciaire du Groenland. Ces rivières contiennent de grandes quantités de farine glaciaire en suspension car la calotte glaciaire agit comme un bulldozer naturel et donne aux rivières une couleur gris laiteux. Photo reproduite avec l'aimable autorisation de Jon Hawkings. Crédit :Jon Hawkings
Les chercheurs examinant les eaux sous-glaciaires de l'Antarctique et du Groenland ont découvert que ces eaux ont des concentrations plus élevées d'importants, éléments de maintien de la vie qu'on ne le pensait auparavant, répondant à une grande inconnue pour les scientifiques cherchant à comprendre les processus géochimiques de la Terre.
"Les données d'un lac antarctique sont particulièrement excitantes, " a déclaré Jon Hawkings, boursier postdoctoral de la Florida State University. " La plupart des gens ont tendance à penser que l'Antarctique n'est que de la glace, mais nous connaissons ces lacs sous les glaciers de l'Antarctique depuis 40 ans et plus de 400 d'entre eux ont actuellement été identifiés. Certains scientifiques appellent l'environnement sous-glaciaire de l'Antarctique la plus grande zone humide du monde. Le défi pour les scientifiques est qu'il est tout simplement extrêmement difficile de les échantillonner. »
Hawking, avec des collègues de la Florida State et de la Montana State University, a publié une nouvelle étude cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences explorer ces eaux sous-glaciaires.
L'étude examine spécifiquement l'eau liquide sous les calottes glaciaires de l'Antarctique et du Groenland. Environ 10 pour cent de la surface terrestre de la Terre est recouverte de ces calottes glaciaires, et ces environnements polaires subissent des changements rapides en raison de la hausse des températures. Les scientifiques sont très intéressés à comprendre ces environnements et comment le réchauffement continu affectera les processus géochimiques critiques à l'avenir.
Hawkings a analysé les échantillons d'eau en se concentrant sur ce que l'on appelle les éléments traces, des éléments chimiques présents en très petites quantités mais essentiels aux organismes microscopiques et donc au cycle global du carbone. Les scientifiques ont pensé pendant des années que les eaux sous les glaciers du monde entier contenaient ces éléments en quantités si infimes qu'ils ne jouaient pas un rôle significatif dans les processus géochimiques et biologiques de la Terre.
Des chercheurs scientifiques surplombant la vaste étendue du glacier Leverett, un glacier de sortie de la calotte glaciaire du Groenland. Les calottes glaciaires couvrent dix pour cent de la surface terrestre mondiale. Loin d'être extrêmement froid, emplacements stériles, les résultats récemment publiés indiquent qu'ils pourraient être une composante plus importante des cycles élémentaires mondiaux qu'on ne l'avait auparavant estimé. Crédit :Jon Hawkings
"Ce que nous avons découvert, c'est en fait que les calottes glaciaires sont apparemment plus importantes pour les processus de la vie que nous ne le pensions à l'origine, " a déclaré le professeur agrégé FSU de la Terre, Science de l'océan et de l'atmosphère Robert Spencer. "Alors que de grandes inconnues dans notre compréhension contemporaine du fonctionnement de notre planète sont découvertes, cela nous rappelle combien il reste encore à apprendre."
Par exemple, les scientifiques s'attendaient à voir moins de 5 microgrammes par litre de fer dissous (un oligo-élément extrêmement important) dans certaines de ces eaux sous-glaciaires, mais ils ont vu jusqu'à 1, 000 microgrammes par litre. Ces grandes variations peuvent faire une différence majeure dans la quantité de vie qui peut être maintenue dans les écosystèmes sous-glaciaires extrêmes et dans les eaux océaniques qui reçoivent l'eau de fonte des calottes glaciaires.
"Ces oligo-éléments sont un peu comme les comprimés de vitamines que les gens prennent tous les jours, " a déclaré Spencer. " Bien que nous n'ayons besoin que de petites quantités de ces matériaux, ils sont fondamentaux pour le développement d'écosystèmes sains."
La collecte des eaux sous-glaciaires pour analyse n'est cependant pas une mince affaire, notamment en Antarctique. Les chercheurs doivent travailler dans des environnements éloignés et difficiles.
Vue vers le bas d'un forage d'eau chaude ultra-propre foré dans le lac sous-glaciaire Mercer, un lac d'eau douce situé à plus de 1000 mètres sous la calotte glaciaire de l'Antarctique. Le lac est hydrologiquement actif, ce qui signifie que l'eau la traverse jusqu'à la côte, un peu comme les lacs sur terre. L'eau de fonte de ce lac est hautement enrichie en oligo-éléments biologiquement essentiels comme le fer. Crédit :Katryn Kasic, Université d'État du Montana
les collaborateurs de Hawkings et Spencer de la Montana State University, les professeurs John Priscu et Mark Skidmore, a orchestré une expédition de recherche logistiquement compliquée en Antarctique pour en forer plus de 3, 500 pieds à travers la calotte glaciaire de l'Antarctique.
Après avoir reçu un financement de la National Science Foundation en 2016 pour le projet SALSA (Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access), Priscu a dirigé une campagne sur le terrain qui consistait à déplacer près d'un million de livres d'engins par avion et par tracteur à travers la calotte glaciaire jusqu'au site de terrain.
Puis, de décembre 2018 à janvier 2019, l'équipe scientifique du projet SALSA a foré à travers environ trois quarts de mile de glace dans le lac sous-glaciaire Mercer, un lac de plus de 9 kilomètres de long et de 15 mètres de profondeur. Ils ont choisi ce lac en particulier car il était situé à l'endroit où deux ruisseaux de glace se rencontrent.
"On s'intéressait au physique, les processus chimiques et biologiques se produisant dans ce lac spécifique, mais il y a aussi ce contexte plus large de ces lacs faisant partie du plus grand système hydrologique sous la calotte glaciaire, " Skidmore a déclaré. "Nous voulons voir ce qui est généré sous la calotte glaciaire et comment cela se connecte aux environnements côtiers."
Skidmore a prélevé des échantillons selon un protocole établi par Hawkings, puis les a renvoyés aux États-Unis via un cargo à température contrôlée, prendre plusieurs mois, puis transmis à Tallahassee via une livraison de nuit dans des glacières spéciales pour maintenir les températures de l'échantillon stables.
Hawkings et ses collègues ont collecté séparément des échantillons au Groenland dans une grande rivière d'eau de fonte qui a émergé sous le glacier Leverett. Le travail de terrain, dirigé par Jemma Wadham de l'Université de Bristol au Royaume-Uni, consistait à surveiller les caractéristiques hydrologiques et géochimiques de la rivière sur une période de trois mois pendant la saison de fonte estivale.
Hawkings et Spencer ont ensuite effectué des analyses géochimiques dans des laboratoires spécialement conçus au National High Magnetic Field Laboratory, dont le siège est à la FSU, qui minimisent la poussière ou d'autres facteurs environnementaux susceptibles de contaminer les échantillons.
Les chercheurs ont déclaré que leurs ressources collaboratives et leur approche interdisciplinaire ont finalement abouti à une étude qui fera avancer leur domaine.
« Les découvertes se font au croisement des disciplines, " dit Priscu. " Le PNAS papier recoupe de nombreuses disciplines et montre la puissance de la collaboration internationale. Les résultats de ce manuscrit ont transformé notre vision de l'influence des calottes glaciaires polaires sur le système terrestre."
