L'océan Arctique était recouvert d'une banquise de 900 mètres d'épaisseur et était entièrement rempli d'eau douce au moins deux fois au cours des 150 derniers, 000 ans. Cette découverte surprenante, rapporté dans le dernier numéro de la revue La nature , est le résultat de recherches de longue haleine menées par des scientifiques de l'Institut Alfred Wegener et du MARUM. Avec une analyse détaillée de la composition des dépôts marins, les scientifiques ont pu démontrer que l'océan Arctique ainsi que les mers nordiques ne contenaient pas de sel marin pendant au moins deux périodes glaciaires. Au lieu, ces océans étaient remplis de grandes quantités d'eau douce sous un épais bouclier de glace. Cette eau pourrait ensuite être rejetée dans l'Atlantique Nord en très peu de temps. Ces apports soudains d'eau douce pourraient expliquer des oscillations climatiques rapides pour lesquelles aucune explication satisfaisante n'avait été trouvée auparavant.

Environ 60, 000 à 70, il y a 000 ans, dans une partie particulièrement froide de la dernière période glaciaire, de grandes parties de l'Europe du Nord et de l'Amérique du Nord étaient recouvertes de calotte glaciaire. La calotte glaciaire européenne s'étendait sur une distance de plus de 5000 kilomètres, de l'Irlande et de l'Écosse via la Scandinavie jusqu'au bord oriental de la mer de Kara (océan Arctique). En Amérique du Nord, une grande partie de ce qui est maintenant connu sous le nom de Canada était ensevelie sous deux grandes calottes glaciaires. Le Groenland et certaines parties du littoral de la mer de Béring ont également été englacés. Quelle était la situation des glaces encore plus au nord, dans l'océan Arctique ? Était-il recouvert d'une épaisse glace de mer, ou peut-être qu'avec les langues de ces vastes calottes glaciaires flottaient dessus, bien au-delà du pôle Nord ?

Les réponses scientifiques à ces questions ont été plus ou moins hypothétiques jusqu'à présent. Contrairement aux dépôts sur terre, où des rochers erratiques, les moraines et les vallées glaciaires sont les repères évidents des glaciers, seules quelques traces de vastes plates-formes de glace avaient été trouvées jusqu'à présent dans l'océan Arctique. Les géoscientifiques de l'Alfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) et du MARUM Center for Marine Environmental Sciences de l'Université de Brême ont maintenant compilé les preuves existantes de l'océan Arctique et des mers nordiques, et combiné avec de nouvelles données pour arriver à une conclusion surprenante.

Selon leur étude, les parties flottantes des calottes glaciaires du nord ont couvert de grandes parties de l'océan Arctique au cours des 150 derniers, 000 ans. Une fois environ 70, 000-60, il y a 000 ans et aussi environ 150, 000-130, il y a 000 ans. Dans les deux périodes, eau douce accumulée sous la glace, créant un océan Arctique complètement frais pendant des milliers d'années.

« Ces résultats signifient un réel changement dans notre compréhension de l'océan Arctique dans les climats glaciaires. À notre connaissance, c'est la première fois qu'un rafraîchissement complet de l'océan Arctique et des mers nordiques est envisagé - ce n'est pas qu'une seule fois, mais deux fois, " dit le premier auteur, Dr Walter Geibert, géochimiste à l'institut Alfred Wegener.

Le thorium est absent des sédiments, donc l'eau saline devait être absente

Leur découverte est basée sur des analyses géologiques de dix carottes de sédiments provenant de différentes parties de l'océan Arctique, le détroit de Fram et les mers nordiques. Les dépôts empilés reflètent l'histoire climatique des glaciaires passés. Lors de l'étude et de la comparaison des enregistrements de sédiments, les géoscientifiques ont découvert qu'il manquait un indicateur important, toujours dans les deux mêmes intervalles. "Dans l'eau de mer salée, la désintégration de l'uranium naturel entraîne toujours la production de l'isotope thorium-230. Cette substance s'accumule au fond de la mer, où il reste détectable très longtemps du fait de sa demi-vie de 75, 000 ans, ", explique Walter Geibert.

Par conséquent, les géologues utilisent souvent cet isotope du thorium comme horloge naturelle. "Ici, son absence répétée et généralisée est le cadeau qui nous révèle ce qui s'est passé. D'après nos connaissances, la seule explication raisonnable de ce modèle est que l'océan Arctique a été rempli d'eau douce deux fois dans sa jeune histoire - sous forme congelée et liquide, " co-auteur et micropaléontologue Dr Jutta Wollenburg, également de l'AWI, explique.

Une nouvelle image de l'océan Arctique

Comment un grand bassin océanique, relié par plusieurs détroits avec l'Atlantique Nord et l'océan Pacifique, tourner entièrement frais? « Un tel scénario est perceptible si l'on se rend compte qu'en période glaciaire, le niveau mondial des mers était jusqu'à 130 m plus bas qu'aujourd'hui, et les masses de glace dans l'Arctique ont peut-être encore plus restreint la circulation océanique, " states co-author Professor Ruediger Stein, geologist at the AWI and the MARUM.

Shallow connections like Bering Strait or the sounds of the Canadian Archipelago were above sea level at the time, cutting off the connection with the Pacific Ocean entirely. In the Nordic Seas, large icebergs or ice sheets extending onto the sea floor restricted the exchange of water masses. The flow of glaciers, ice melt in summer, and rivers draining into the Arctic Ocean kept delivering large amounts of fresh water to the system, at least 1200 cubic kilometers per year. A part of this amount would have been forced via the Nordic Seas through the sparse narrow deeper connections in the Greenland-Scotland Ridge into the North Atlantic, hindering saline water from penetrating further north. This resulted in the freshening of the Arctic Ocean.

"Once the mechanism of ice barriers failed, heavier saline water could fill the Arctic Ocean again, " Walter Geibert says. "We believe that it could then quickly displace the lighter freshwater, resulting in a sudden discharge of the accumulated amount of freshwater over the shallow southern boundary of the Nordic Seas, the Greenland-Scotland-Ridge, into the North Atlantic."

A concept that assumes that enormous amounts of freshwater were stored in the Arctic Ocean and available for rapid release would help understanding the connection between a range of past climate fluctuations. It would also offer an explanation for some apparent discrepancies between different ways of reconstructing past sea levels. "The remains of coral reefs have pointed to a somewhat higher sea level in certain cold periods than reconstructions from Antarctic ice cores, or reconstructions from the calcareous shells of small marine organisms, would suggest, " explains Walter Geibert. "If we now accept that freshwater may not only have been stored in solid form on land, but some of it also in liquid form in the ocean, the different sea level reconstructions agree better and we can reconcile the location of the coral reefs with calculations of the freshwater budget."

Freshwater release from the Arctic Ocean might also serve as an explanation for some abrupt climate change events during the last glacial period. During such events, temperatures in Greenland could rise by 8-10 degree centigrade within a few years, only returning to the original cold glacial temperatures over the course of hundreds or thousands of years. "We see an example here of a past Arctic climate tipping point of the Earth system. Now we need to investigate in more detail how these processes were interconnected, and evaluate how this new concept of the Arctic Ocean helps in closing further gaps in our knowledge, in particular in view of the risks of manmade climate change, " says Walter Geibert.