Sous le froid, les profondeurs sombres de l'océan Arctique abritent de vastes réserves de méthane. Ces magasins reposent dans un équilibre délicat, stable sous forme de solide appelé hydrates de méthane, à des pressions et des températures très spécifiques. Si ce solde fait pencher, le méthane peut être libéré dans l'eau au-dessus et éventuellement se retrouver dans l'atmosphère. Sous sa forme gazeuse, le méthane est l'un des gaz à effet de serre les plus puissants, réchauffer la Terre environ 30 fois plus efficacement que le dioxyde de carbone. Comprendre les sources possibles de méthane atmosphérique est essentiel pour prédire avec précision les futurs changements climatiques.

Dans l'océan Arctique aujourd'hui, les calottes glaciaires exercent une pression sur le sol en dessous d'elles. Cette pression se diffuse jusqu'au fond marin, contrôler la stabilité précaire des sédiments des fonds marins. Mais que se passe-t-il lorsque les calottes glaciaires fondent ?

Nouvelle recherche, publié aujourd'hui dans Géologie , indique qu'au cours des deux dernières périodes mondiales de fonte des glaces de mer, la baisse de pression a déclenché le dégagement de méthane des réserves enfouies. Leurs résultats démontrent qu'en tant que glace arctique, comme la calotte glaciaire du Groenland, fond, un rejet de méthane similaire est probable et devrait être inclus dans les modèles climatiques.

Pierre-Antoine Dessandier, chercheur postdoctoral à l'Université de l'Arctique de Norvège, et ses co-auteurs se sont intéressés à deux périodes il y a environ 20 mille ans (ka), connu sous le nom de Dernier maximum glaciaire (LGM), et 130 ka, connue sous le nom de déglaciation émienne. Parce que l'Eemian avait moins de glace et était plus chaud que le LGM, cela ressemble plus à ce que l'Arctique connaît aujourd'hui, servant de bon analogue pour le changement climatique futur.

"Le plus ancien épisode enregistré (Eémien) est très important car il s'agissait d'un fort interglaciaire dans l'Arctique, avec des caractéristiques climatiques très similaires à ce qui se passe aujourd'hui, " Dit Dessandier. " L'idée avec l'interglaciaire Eémien est de... comparer cela avec ce qui pourrait arriver dans le futur. Il est important de prendre en compte les émissions de méthane des fonds marins pour modéliser les estimations spatiales du climat futur."

Pour suivre les rejets de méthane passés, Dessandier a mesuré les isotopes du carbone (molécules de carbone avec des compositions légèrement différentes) dans les coquilles de minuscules habitants des océans appelés foraminifères. Parce que les foraminifères construisent leurs coquilles en utilisant des ingrédients de l'eau qui les entoure, le signal de carbone dans les coquillages reflète la chimie de l'océan alors qu'ils étaient en vie. Après leur mort, ces coquilles sont conservées dans les sédiments du fond marin, construisant lentement un record couvrant des dizaines de milliers d'années.

Pour atteindre ce record, Dessandier et l'équipe avaient besoin de forer une carotte profonde au large de la côte ouest du Svalbard, un archipel norvégien dans l'océan Arctique. L'équipe a collecté deux carottes :une carotte de référence de 60 mètres, qu'ils ont utilisé pour dater et corréler la stratigraphie, et un noyau de 22 mètres enjambant le LGM et les déglaciations de l'Eémien. Le site de la carotte de 22 mètres a été choisi en fonction de sa caractéristique « pockmark », marquant l'endroit où le gaz s'est échappé violemment dans le passé, et des roches carbonatées massives qui se forment là où le méthane s'échappe encore aujourd'hui.

Les isotopes de carbone des coquilles microscopiques du long noyau ont révélé de multiples épisodes de libération de méthane, que les géochimistes reconnaissent à leurs pointes distinctes dans le dossier. Parce que le méthane suinte encore des sédiments, Dessandier devait s'assurer que le signal ne provenait pas d'interférences modernes. Il a comparé les valeurs des isotopes du carbone des coquilles aux mesures que ses collègues ont faites sur les minéraux carbonatés qui se sont formés à l'extérieur des coquilles, après la mort des foraminifères, lorsque l'émission de méthane était la plus intense.

L'enregistrement isotopique a montré qu'à mesure que la glace fondait et que la pression sur le fond marin diminuait, le méthane était libéré par jets violents, s'infiltre lentement, ou, très probablement, une combinaison des deux. Au moment où la glace a complètement disparu, quelques milliers d'années plus tard, les émissions de méthane se sont stabilisées.

Combien de méthane a finalement atteint l'atmosphère, c'est ce qui contribuerait à l'effet de serre, reste incertain. Une partie du problème dans la quantification est les communautés microbiennes qui vivent sur le fond marin et dans l'eau, et qui utilisent du méthane pour survivre.

"Pour les microbes, c'est une oasis. C'est fantastique, " dit Dessandier. " Alors ils grandissent comme des fous, et certaines espèces produisent du méthane et d'autres le consomment. » Cette activité complique l'enregistrement détaillé du carbone de la carotte. Dans les sédiments, une communauté animée avec beaucoup de recyclage du méthane pourrait surimprimer le signal d'origine ; dans la colonne d'eau, où les nutriments peuvent être moins abondants, le méthane pourrait être englouti ou transformé en dioxyde de carbone avant d'atteindre l'atmosphère.

Malgré les complications modernes, l'équipe a identifié deux rejets de méthane associés au recul des glaces, comme ils l'imaginent pourrait arriver aujourd'hui. La meilleure partie pour Dessandier a été de découvrir des couches de bivalves massifs dans les carottes qui, sur la base d'observations modernes à partir de véhicules télécommandés, peut indiquer une fuite de méthane. "C'était super intéressant pour nous d'observer ces mêmes sortes de couches au LGM et à l'Eémien, " a-t-il dit. " Cela a confirmé ce que nous pensions au début, avec un fond marin riche en méthane permettant à cette communauté de se développer... On peut dire que ces événements sont très similaires, avec des processus similaires se produisant pendant les deux périodes de réchauffement. C'est donc quelque chose à considérer pour notre réchauffement actuel. Cela pourrait se reproduire."