L'emplacement sur le terrain, y compris les tentes et les laboratoires installés au lac sous-glaciaire Whillans, Antarctique. Crédit :John Priscu
Des recherches pionnières ont révélé que l'érosion des sédiments anciens trouvés profondément sous la glace de l'Antarctique pourrait être une source vitale et auparavant inconnue de nutriments et d'énergie pour une vie microbienne abondante.
L'étude, dirigé par l'Université de Bristol et publié aujourd'hui dans Communications Terre &Environnement , apporte un nouvel éclairage sur les nombreux composés supportant divers microbes qui font partie d'un immense écosystème sous-glaciaire.
Auteur principal Dr Beatriz Gill Olivas, un associé de recherche post-doctoral à l'Université de Bristol, a déclaré:"Bien que l'étude se soit concentrée sur des échantillons obtenus à partir d'un seul lac sous-glaciaire, les résultats pourraient avoir des implications beaucoup plus larges. Le lac sous-glaciaire Whillans fait partie d'un grand système hydrologique interconnecté, l'érosion qui se produit en amont pourrait donc représenter une source potentielle de composés biologiquement importants pour ce lac et d'autres lacs du système qui pourraient abriter des communautés florissantes de vie microbienne. »
L'équipe de recherche internationale a reproduit les processus d'érosion dans les calottes glaciaires en broyant des sédiments extraits du lac Whillans, un lac sous-glaciaire en Antarctique, s'étendant sur environ 60 km 2 , quelque 800 m sous la surface de la glace, puis mouiller ces sédiments et les maintenir à 0 degré Celsius sans oxygène, se rapprocher des conditions sous-glaciaires.
Les résultats ont montré un seul écrasement jusqu'à une profondeur de 10 cm, suivi d'une période d'incubation de 41 jours, de ces mêmes sédiments a le potentiel de fournir jusqu'à un quart (24 pour cent) du méthane estimé requis par les méthanotrophes, de minuscules microbes qui dépendent du méthane comme source de carbone et d'énergie, présents dans ces environnements. Des concentrations substantielles d'hydrogène et de dioxyde de carbone ont également été produites pendant le broyage et l'incubation. Ces gaz pourraient potentiellement être utilisés par des microbes générateurs de méthane, appelés méthanogènes, produire suffisamment de méthane, ce qui expliquerait ses niveaux très variables dans le lac Whillans.
Une autre découverte non identifiée auparavant était la détection de concentrations mesurables d'ammonium dans l'eau après incubation avec des sédiments broyés. Ceci est particulièrement important pour le lac Whillans, là où il y a une abondance de taxons microbiens qui ont le potentiel de tirer de l'énergie de l'oxydation de l'ammonium, un processus connu sous le nom de nitrification. L'étude a démontré un seul événement de concassage à haute énergie, suivi de la même période d'incubation, a le potentiel de produire plus que la demande annuelle d'ammonium (120 pour cent) dans le lac.
"Notre compréhension antérieure suggère que la structure et la fonction des écosystèmes sous-glaciaires dépendent de la présence d'espèces redox et de gradients redox dans l'eau liquide. Cette étude montre que le processus d'érosion pourrait potentiellement diviser l'eau sur les surfaces minérales fraîchement abrasées et produire de l'hydrogène (un élément final réducteur espèces) et le peroxyde d'hydrogène (un composé hautement oxydant), créant un gradient redox et fournissant une source d'énergie jusqu'alors inconnue aux écosystèmes microbiens, " expliqua le Dr Gill Olivas.
"Seules deux études précédentes ont examiné l'influence potentielle de l'érosion sur les sources d'énergie et de nutriments sous-glaciaires, qui impliquait le concassage d'échantillons de roche en grande partie non altérés. Il s'agit de la première étude à utiliser des matériaux hautement altérés, sédiments marins anciens, pourtant, les concentrations de gaz mesurées concordaient largement avec les résultats précédents. »
Le Dr Gill Olivas a ajouté :« Bien que ces expériences ne reflètent pas l'étendue réelle de l'érosion sous les glaciers, ils font allusion à la possibilité que le broyage des sédiments fournisse d'importantes sources de nutriments aux écosystèmes sous-glaciaires. Une étude plus approfondie est maintenant nécessaire pour identifier la gamme complète des réactions résultant directement des processus d'érosion et comment elles peuvent varier en fonction des différences dans les sédiments sous-jacents."
