La fonte des glaces de l’Antarctique pourrait affaiblir un important puits de carbone

Au centre de la découverte se trouvent des sédiments riches en fer qui ont été transportés dans l’océan par des icebergs détachés de l’Antarctique occidental.

Le fer agit généralement comme un nutriment favorisant la croissance des algues. Pourtant, lorsque les scientifiques ont examiné une carotte de sédiments collectée en 2001 dans le secteur Pacifique de l’océan Austral, récupérée à plus de cinq kilomètres sous la surface de la mer, ils ont découvert que des niveaux de fer plus élevés n’entraînaient pas une croissance plus rapide des algues.

« Normalement, un apport accru de fer dans l’océan Austral stimulerait la croissance des algues, ce qui augmenterait l’absorption océanique de dioxyde de carbone », explique l’auteur principal Torben Struve de l’Université d’Oldenbourg. Struve a travaillé comme chercheur postdoctoral invité en 2020 à l’Observatoire terrestre de Lamont-Doherty, qui fait partie de la Columbia Climate School.

Pourquoi plus de fer n’a pas stimulé la croissance des algues

L’équipe de recherche a attribué ce résultat inattendu aux propriétés chimiques des sédiments déposés par les icebergs. Leur analyse indique qu’une grande partie du fer était fortement « altérée », ce qui signifie qu’il avait subi d’importantes altérations chimiques au fil du temps. Au cours des périodes chaudes antérieures, lorsque davantage de glace se détachait de l’ouest de l’Antarctique et dérivait vers le nord, le fer entrant dans l’océan était souvent sous cette forme peu soluble.

Comme les algues ne peuvent pas facilement utiliser ce type de fer, l’augmentation de leur apport ne s’est pas traduite par une croissance biologique plus forte.

Sur la base de ces résultats, les chercheurs concluent que la perte continue de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental pourrait réduire la capacité de l’océan Austral à absorber le dioxyde de carbone à mesure que le climat se réchauffe.

Comment le fer alimente normalement l’absorption du carbone

Dans les eaux entourant l’Antarctique, le fer limite souvent la croissance des algues. Des études antérieures ont montré que pendant les périodes glaciaires, des vents forts transportaient des poussières riches en fer des continents vers l’océan. Dans les régions situées au nord du Front polaire Antarctique – une frontière où les eaux froides de l’Antarctique rencontrent les eaux plus chaudes au nord – cette poussière a contribué à fertiliser les algues.

À mesure que les populations d’algues se développaient, l’océan Austral absorbait davantage de dioxyde de carbone de l’atmosphère. Cette absorption accrue de carbone a contribué à renforcer le refroidissement global au début des périodes glaciaires.

La nouvelle étude se concentre plutôt sur les eaux au sud du front polaire Antarctique. Là, les preuves provenant de la carotte de sédiments montrent que l’apport de fer était plus élevé pendant les périodes chaudes plutôt que pendant les périodes glaciaires. La taille et la composition des particules ont également révélé que la principale source de fer n’était pas la poussière, mais les icebergs issus de l’Antarctique occidental.

« Cela nous rappelle que la capacité de l’océan à absorber le carbone n’est pas fixe », explique la co-auteure Gisela Winckler, professeur à la Columbia Climate School et géochimiste à l’Observatoire terrestre de Lamont-Doherty.

Signes d’une perte importante de glace dans le passé

Les résultats donnent également un aperçu de la réaction de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental à la hausse des températures. Struve note que plusieurs études récentes suggèrent qu’un retrait à grande échelle s’est produit dans cette région au cours de la dernière période interglaciaire, il y a environ 130 000 ans, lorsque les températures mondiales étaient similaires à celles observées aujourd’hui.

« Nos résultats suggèrent également qu’une grande partie de la glace a été perdue dans l’Antarctique occidental à cette époque », explique Struve.

À mesure que la calotte glaciaire, qui atteignait plusieurs kilomètres d’épaisseur dans certaines zones, se brisait, elle produisait un grand nombre d’icebergs. Ces icebergs ont gratté les sédiments du substrat rocheux sous la glace et les ont rejetés dans l’océan alors qu’ils dérivaient vers le nord et fondaient. Les enregistrements sédimentaires indiquent une activité particulièrement élevée des icebergs vers la fin des périodes glaciaires et pendant les conditions interglaciaires maximales.

Pourquoi la forme du fer est importante

« Ce qui compte ici, ce n’est pas seulement la quantité de fer qui pénètre dans l’océan, mais aussi la forme chimique qu’elle prend », explique Winckler. « Ces résultats montrent que le fer fourni par les icebergs peut être beaucoup moins biodisponible qu’on ne le pensait auparavant, modifiant fondamentalement notre vision de l’absorption du carbone dans l’océan Austral. »

Les chercheurs suggèrent que sous la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental se trouve une couche de roches très anciennes et fortement altérées. Chaque fois que la calotte glaciaire reculait au cours des périodes interglaciaires antérieures, l’activité accrue des icebergs transportait de grandes quantités de ces minéraux altérés dans le Pacifique Sud voisin. Malgré l’apport plus important de fer, la croissance des algues est restée limitée.

« Nous avons été très surpris par cette découverte car dans cette zone de l’océan Austral, la quantité totale de fer apportée n’était pas le facteur contrôlant la croissance des algues », explique Struve.

Ce que cela signifie pour le changement climatique futur

Alors que le réchauffement climatique se poursuit, un nouvel amincissement de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental pourrait recréer des conditions similaires à celles observées lors de la dernière période interglaciaire.

« D’après ce que nous savons jusqu’à présent, la calotte glaciaire ne s’effondrera probablement pas dans un avenir proche, mais nous pouvons voir que la glace s’amincit déjà », explique Struve.

Si le retrait se poursuit, les glaciers et les icebergs pourraient éroder plus rapidement les couches rocheuses altérées. Ce processus pourrait réduire l’absorption de carbone dans le secteur Pacifique de l’océan Austral par rapport à aujourd’hui, créant ainsi un retour d’information susceptible d’intensifier encore davantage le changement climatique.